Определение продолжительности пребывания осадка
В осадкоуплотнителе
Объем осадкоуплотнителя определяется по формуле:
W =lкор(bо.у.∙hверт +2∙ 
W =16,44∙(2,48∙1,73+2∙ 
= 102,42 м3
Количество осадка, поступающего в осадкоуплотнитель, составит
Qос = Св∙Qрасч,
где Qрасч – производительность одного осветлителя.
Qос = 317,5∙396=125730 г/час
Среднюю концентрацию осадка δср принимаем 32000мг/л.
Продолжительность пребывания осадка в осадкоуплотнителе определяется по формуле:
Т = 
= 
= 26,06 ч
Дырчатые трубы для удаления осадка из осадкоуплотнителя размещаются по продольной оси дна в том месте, где сходятся наклонные стенки осадкоуплотнителя.
Диаметр труб рассчитывается из условия отведения накопившегося осадка в течение не более 15..20 мин при скорости движения осадка в трубе Vо не менее 1 м/с и скорости в отверстиях не более 3 м/с и должен быть не менее 150 мм.
Расход осадка на каждую трубу определяется по формуле:
Qос = 
,
где t=15..20 мин.
Qос = 
= 170,7 м3/ч
Принимаем пластмассовую трубу диаметром трубы 250 мм(V=1,43 м/с).
Площадь всех отверстий:
∑fо = 
= 
0,0158 м2
Диаметр отверстий принимается равным не менее 20 мм, тогда количество отверстий равно:
no = 
= 
≈ 50 отверстий
Шаг отверстий определяется по формуле:
0,5 > lo = 
= 
= 0,32 м
Потери напора в отверстиях распределительных труб определяются по формуле:
h1=ξ 
,
где ξ – коэффициент сопротивления, определяемые по следующей формуле:
ξ = 
+ 1 = 
+ 1 = 5,48
где Кn – коэффициент перфорации – отношение суммарной площади отверстий или щелей к площади поперечного сечения прямолинейной трубы или коллектора или к площади живого сечения в конце сборного желоба, 0,15<Кn<0,2.
h1=5,48 
= 0,27 м
Потери напора по длине h2 в трубах, подводящих воду в осветлитель, равны 0,2 м.
Потери напора во взвешенном слое, исходя из потерь 1..2 см на 1 м взвешенного слоя осадка определяются по формуле:
h3=1..2∙hз.в.о.= 0,024 м
Потери напора в отверстиях водосборных лотков определяется по формуле:
h4=ξ =0,27 м
Суммарные потери напоры в осветлителе равны:
∑h=h1+h2+h3+h4=0,78м
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 20о.
В практике водоподготовки, как правило, применяются скорые безнапорные фильтры с одно- или 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 τ1 – продолжительность промывки, равная 0,1 часа;
ω – определяется по [1, табл. 23] равна 15 л/с∙м2;
Qсут – расчётная производительность станции, м3/сут;
Tст – продолжительность работы станции в течение суток, 24 ч;
Vн – расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме м/ч, принимается по [1, табл.21] равная 7 м/ч;
nпр – число промывок каждого фильтра за сутки при нормальном режиме эксплуатации, равное 2;
qпр – удельный расход воды на одну промывку, одного фильтра, м3/ч;
τпр – 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;
Vф – скорость фильтрования при форсированном режиме должно быть не более указанной в [1, табл. 21], Vф 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 Dкол распределительной системы определяется по рекомендуемым скорости входа промывной воды Vкол = 0,8…1,2 м/с [1].
По [2] подобрана пластмассовая труба Dкол = 560 мм (при этом Vкол = 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 Dкол, составит:
где Lф – длина фильтра.
Lф – принимается равная 4 м, следовательно, ширина фильтра Вф =3,9 м.
Расход промывной воды, поступающей через одно ответвление, определяется по формуле:
Диаметр труб ответвлений dотв, принимается по [2] таким, чтобы скорость движения воды в них не превышала рекомендуемую скорость 1,6…2 м/с [1]. По [2] dотв=90 мм (при этом Vотв=1,8 м/с).
Общее количество ответвлений на каждом фильтре при расстоянии между осями ответвлений lо=250..300мм составит hо= 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 0,047м².
При длине каждого ответвления lотв=Lф-Dкол шаг оси отверстий на ответвлении должен оставлять 150..200 мм.
lотв=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 Bжел определяется по формуле
где qжел – расход воды по желобу, м3/с;
αжел – отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, принимается 1,5;
Кжел – коэффициент, принимаемый для полукруглых желобов – 2.
где nжел – 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 Нж 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 hк>Нж, то в этом случае Нж увеличивается на столько, чтобы расстояние от низа желоба до верха загрузки было 0,005…0,06 м. Получаем Нж 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 qкан – расход воды в канале, м3/с;
Bкан – минимально допустимая ширина канала, принимаемая равной 0,7 м.
Скорость движения воды в конце сборного канала при площади поперечного сечения:
2
составит:
0,2374/ 0,15= 1,58
что не должно быть менее 0,8 м/с.