Расчет скорых безнапорных фильтров

Рассчитаем скорые безнапорные фильтры с кварцевой загрузкой для станции очистки производительностью 31300м³/сут=1304м³/ч=326л/с.

К проектированию принимаем открытые безнапорные фильтры, загруженные кварцевым песком с крупностью зерен 0,7-1,6мм, эквивалентным диаметром 0,801мм, коэффициент неоднородности к_н=1,6-1,8; высота слоя загрузки 1,4м с поддерживающими слоями из щебня.

Скорость фильтрования при нормальном режиме, согласно т.21 СНиП 2.04.02-84, V_н=6м/ч.

1. Определение площади фильтра

(6.1.1)

Т – продолжительность работы станции в течении суток (24 часа);

V_н – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме;

n – количество промывок каждого фильтра;

q_пр – удельный расход воды на промывку одного фильтра

(6.1.2)

I – интенсивность промывки (принимается по т.23 СНиП 2.04.02-84 в зависимости от типа фильтра и его диаметра загрузки); I=6л/с·м²;

t₁ – продолжительность промывки, t₁=0,083ч (т.23 СНиП);

t₂ – время простоя фильтра, t₂=0,33ч.

Количество промывок каждого фильтра при нормальном режиме эксплуатации принимается равным 2.

2. Определяем количество фильтров

(6.1.3)

3. Проверяем скорость фильтрования при форсированном режиме (пределы скоростей в т.21)

(6.1.4)

N₁ – число фильтров, находящихся в ремонте (п.6.95 СНиП 2.04.02-84):

- при числе фильтров меньше 20, N₁=1;

- при числе фильтров более 20, N₁=2.

4. Определяем площадь одного фильтра

(6.1.5)

Если площадь фильтра получилась менее 30 м², то принимаем фильтр с боковым карманом или боковым каналом.

Если площадь фильтра больше 30 м², то фильтр принимаем с центральным каналом.

Принимаем дренаж большого сопротивления.

Размеры в плане LxB=6х5м.

Расчет распределительной системы фильтра

1. При принятой интенсивности промывки расход промывной воды на один фильтр:

(6.2.1)

Распределительной системой фильтров (для промывной воды) является дренаж большого сопротивления, состоящий из распределительного коллектора и ответвлений на обе стороны коллектора.

2. Диаметр распределительного коллектора

(6.2.2)

V_К – рекомендуемая скорость движения воды при промывке в начале коллектора (0,8÷1,2м/с)

По таблице Шевелева принимаем стандартный диаметр 800мм. Труба стальная, наружный диаметр 820мм.

При расходе 480л/с скорость составляет 0,96м/с, что в пределах нормы.

3. Площадь дна фильтра, приходящаяся на одно отверстие распределительной системы при расстоянии между распределительными трубами m=0,25÷0,35м:

(6.2.3)

D_к – наружный диаметр коллектора большого сопротивления.

4. Расход промывной воды, проходящей через одно отверстие:

(6.2.4)

По таблицам для гидравлического расчета принимаем диаметр отверстия 80мм, скорость движения воды 1,77м/с.

На ответвлениях дренажа большого сопротивления предусматривается:

- при наличии поддерживающих слоев отверстия диаметром 8÷12мм (п.6.105);

- при отсутствии поддерживающих слоев вместо отверстий предусматриваются щели шириной на 0,1мм меньше минимального размера зерна фильтрующей загрузки.

Принимаем к расчету трубчатый дренаж с отверстиями 12мм.

Отверстия располагаются под углом 45⁰ с двух сторон трубы в шахматном порядке.

Отношение общей площади всех отверстий к рабочей площади фильтра по п.6.105 должно быть в пределах 0,25-0,3%.

5. Соответственно общая площадь всех отверстий:

(6.2.5)

(6.2.6)

6. Общее количество ответвлений при принятом расстоянии между отверстиями m=0,25м:

(6.2.7)

7. Количество отверстий в одном фильтре:

(6.2.8)

8. Длина ответвления:

(6.2.9)

9. Шаг между отверстиями на ответвлении:

(6.2.10)

На коллекторе фильтра устанавливается воздушный стояк для удаления воздуха диаметром 75мм.

Подбор состава поддерживающих слоев

При принятой фильтрующей загрузке фильтра из кварцевого песка с крупностью зерен 0,7-1,6мм и высоте слоя загрузки 1,4м принимаем поддерживающие слои распределительной системы большого сопротивления из щебня. Крупность фракций и высоту поддерживающих слоев принимаем по таблице 22 СНиП 2.04.02-84.

Поддерживающий слой состоит из нескольких слоев, крупность которых постепенно уменьшается. Нумерование слоев начинается от дна фильтра.

Номер слоя	Крупность зерен, мм	Высота слоя, мм	Примечание
	40-20	0,5dk-0,35dотв+100=475	верхняя граница слоя должна быть на 100 мм выше отверстий
	20-10
	10-5
	5-2
	2-1,2

ΣН_пс=0,98м

Расчет устройств для сбора и отведения воды при промывке.

Для сбора и отведения промывных вод принимаем 3 желоба с треугольным основанием.

Количество желобов назначается исходя из расстояния 2,2м между осями.

1. Расход воды по 1 желобу

(6.4.1)

2. Ширина желоба

(6.4.2)

К_ж – коэффициент, зависящий от формы желоба (полукруглый – 2; треугольный – 2,1).

а_ж – отношение высоты прямоугольной части к половине его ширины (1÷1,5).

3. По отношению а_ж находим высоту прямоугольной части желоба:

(6.4.3)

4. Полезная высота желоба:

(6.4.4)

5. Высота стенок

(6.4.5)

Скорость движения воды в желобе, исходя из поперечного сечения и расхода воды, движущемуся по желобу V=0,64м/с.

6. Расстояние от поверхности фильтрующей загрузки до промывки желоба определяется по п. 6.113, формула 25.

(6.4.6)

7. (6.4.7)

(6.4.8)

t₂ – время простоя фильтра (0,33ч)

Высота слоя воды над поверхностью загрузки 2-2,5м.

8. Дополнительная высота при нормальном уровне в фильтре:

(6.4.9)

W_о – объем воды, м³, накапливаемый за время простоя одновременно промывающихся фильтров

(6.4.10)

V_ф – скорость фильтрования при форсированном режиме (т.21, 7-9,5м/ч);

ΣF_ф – суммарная площадь фильтров, в которых происходит накапливание воды.

Суммарная площадь фильтров рассчитывается исходя из того, что при промывке одного фильтра, 1 фильтр может находиться на ремонте.

(6.4.11)

Превышение над дополнительной высотой – строительная высота 0,5м.

9. Тогда превышение кромки борта фильтра над фильтрующей загрузкой:

(6.4.12)

10. Общая строительная высота фильтра от его дня до кромки:

(6.4.13)

На станции водоподготовки при количестве работающих фильтров больше 6, можно не предусматривать дополнительную высоту, при возможности увеличения скорости фильтрования на 20%.

Расчет сборного кармана

Загрязненная промывная вода собирается желобами скорого фильтра, изливается в боковой карман, откуда отводиться в сток.

1. Для предотвращения подпора расстояние от дна желоба до дна бокового кармана определяем исходя из п.6.112 по формуле 24:

(6.5.1)

q_кан – расход воды по каналу, м³/с (равен расходу на одну промывку фильтра);

В_кан – ширина канала (не менее 0,7м).

2. Проверяем скорость движения воды по каналу, (она должна быть больше 0,8 м/с)

(6.5.2)

Подбор насосов для промывки фильтров

Насосы могут быть применены, если расход на промывку не менее 50% расхода станции.

Потери напора при промывке складываются из потерь напора в распределительной системе, подводящий коммуникациях и загрузке фильтра.

1. Потери напора в распределительной системе

(6.6.1)

ζ – коэффициент местных гидравлических сопротивлений;

V_об – средняя скорость движения воды на входе в ответление,

- для прямолинейной трубы (6.6.2)

К_п – коэффициент перфорации;

(6.6.3)

;

;

2. Потери напора в фильтрующем слое

(6.6.4)

а, b – коэффициенты, зависящие от параметров загрузки фильтров;

При диаметре песка 1÷2мм, а=0,85, b=0,004;

При диаметре песка 0,5÷1мм, а=0,76, b=0,017.

3. Потери напора в поддерживающем слое

(6.6.5)

4. Потери напора в трубопроводе, подводящем промывную воду к фильтру

Потери по длине

Скорость движения воды в подводящем и отводящем трубопроводах следует принимать из 1,5÷2м/с.

Исходя из расхода промывных вод (0,48м³/с), пределов скоростей по таблицам Шевелева определяем диаметр, скорость и потери на 1м длины.

d=600мм, V=1,61м/с, i=0,00521

Потери напора на образование скорости во всасывающем и напорном трубопроводах:

(6.6.6)

Нужно определить марку насосов, диаметры напорного и всасывающего трубопроводов и по таблице Шевелева определить скорости.

На данном этапе предварительно подбираем марку насоса, зная расход на промывку при напоре 20-40м.

В нашем случае принимаем 2 насоса марки Д800-57.

Напорный патрубок 300мм, всасывающий – 350мм; скорость во напорном патрубке 3,39м/с, во всасывающем – 2,32м/с.

4.1. Потери напора на местных сопротивлениях и в фасонных частях и арматуре

(6.6.7)

Стандартные коэффициенты местных сопротивлений для некоторых фасонных частей:

Фасонная часть	ζ
Колено	0,984
Задвижка	0,26
Вход во всасывающую трубу	0,5
Тройник	0,92

Потери по длине составят:

(6.6.8)

5. Воду на промывку берут либо из трубопровода осветленной воды, либо из РЧВ поэтому геометрическую высоту подъема воды от дна до верхней кромки:

(6.6.9)

6. Напор, развиваемый насосом при промывке:

(6.6.10)

Количество промывной воды 480 л/с. Принимаем 2 рабочих насоса Д 800-57 с производительностью 248 л/с и напором 20м, частота вращения 1330 об/мин.