8423
.pdf1
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.Л. Васильев, Л.А. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева
РАСЧЕТ КОНТАКТНЫХ ОСВЕТИТЕЛЕЙ И КОНТАКТНЫХ ПРЕФИЛЬТРОВ
Учебно-методическое пособие
по выполнению курсового проекта по дисциплине «Водоподготовка» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль "Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений и населенных пунктов"
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
2
УДК 696.1
Васильев А.Л. Расчет контактных осветителей и контактных префильтров [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / А.Л. Васильев, Л.А. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 29 с; ил.1 электрон. опт. диск (CD-RW)
Приводятся основные типы контактных осветлителей, применяемых для получения воды, отвечающей требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Рассмотрены конструктивные особенности контактных осветлителей и контактных префильтров, расчетные параметры для их проектирования, последовательность расчёта конструктивных элементов и их компоновка.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения курсового проекта по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль "Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений и населенных пунктов"
© А.Л. Васильев, Л.А. Васильев, Э.А. Кюберис, Е.В. Воробьева. 2016
© ННГАСУ, 2016.
3 |
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ |
4 |
1. Расчет контактных осветлителей |
4 |
1.1.Выбор типа контактного осветлителя и режима
промывки |
4 |
|
1.2. Определение площади контактных осветлителей |
5 |
|
1.3. Устройство и конструирование контактных |
|
|
осветлителей |
7 |
|
1.4. Компоновка контактных осветлителей |
|
|
на водопроводной станции |
10 |
|
1.5. Подбор состава загрузки и определение высоты |
12 |
|
контактного осветлителя |
|
|
1.6. Дренажи для контактных осветлителей |
13 |
|
1.6.1. Трубчатый дренаж для контактных осветлителей |
|
|
без поддерживающих слоев |
13 |
|
1.6.2. Трубчатый дренаж для контактных осветлителей |
17 |
|
с поддерживающими слоями |
|
|
1.7. Система для сбора и отвода воды при промывке |
20 |
|
контактных осветлителей |
|
|
1.7.1. Расчёт желобов |
20 |
|
1.7.2. Расчёт пескоулавливающих желобов |
22 |
|
1.8.Расчёт потерь напора в контактных осветлителях |
23 |
|
при промывке |
||
|
||
2. Расчет контактных префильтров |
24 |
|
3. Определение диаметров трубопроводов на станции |
|
|
контактного осветления воды |
26 |
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ |
28 |
4
ВВЕДЕНИЕ
В системах централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных мест контактные осветлители применяют в одноступенчатых схемах очистки природной воды для получения воды питьевого качества.
Контактные префильтры предназначены для предварительной очистки воды в схемах двухступенчатого фильтрования. Заключительный этап водоподготовки осуществляется на скорых безнапорных фильтрах.
На водопроводных станциях с контактными осветлителями и контактными префильтрами перед подачей воды на них, предусматриваются сетчатые барабанные фильтры или микрофильтры, входные камеры и смесители, обеспечивающие требуемый напор воды, смешение и контакт воды с реагентами, а также выделение из воды воздуха. Кроме того, входные устройства защищают дренажную систему контактных осветлителей и контактных префильтров от засорения
1. РАСЧЕТ КОНТАКТНЫХ ОСВЕТИТЕЛЕЙ 1.1. ВЫБОР ТИПА КОНТАКТНОГО ОСВЕТИТЕЛЯ И РЕЖИМА ПРОМЫВКИ
На станциях подготовки воды питьевого качества нашли применение два типа контактных осветлителей: КО-1 и КО-3.
Контактные осветлители КО-1 не имеют поддерживающих слоев, промывка фильтрующей загрузки осуществляется водой, а отвод загрязненной промывной воды осуществляется с помощью желобов. КО-1 применяют преимущественно для очистки природных вод с умеренной цветностью и мутностью при небольшом содержании планктона. В остальных случаях следует применять КО-3. В контактных осветлителях КО-3 имеются поддерживающие слои и применены:
•система низкого отвода загрязненной промывной воды, основными элементами которой являются струенаправляющий выступ и пескоулавливающий желоб;
•водовоздушная промывка фильтрующей загрузки.
При выполнении курсового и дипломного проектов принятый тип контактного осветлителя согласовывается с руководителем проекта.
Режим промывки фильтрующей загрузки водой для контактных осветлителей КО-1 принимается по табл. 1, взятой из [1]. Режим водовоздушной промывки контактных осветлителей КО-3 принимается и по табл. 2.
1. При пользовании таблицами 1 и 2, следует учесть, что большей интен-
сивности подачи воды и воздуха должна соответствовать меньшая продолжительность подачи и наоборот.
5
Режим промывки фильтрующей загрузки водой
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
Показатель |
Единица измерения |
|
Количество |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжительность промывки |
мин |
|
7...8 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Интенсивность подачи воды |
л/(с х м2) |
|
15...18 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжительность сброса пер- |
|
|
|
|
|||
вого фильтрата при промывке |
|
|
|
|
|||
водой: |
|
|
|
|
|
|
|
очищенной |
|
|
|
мин |
|
10...12 |
|
неочищенной |
мин |
|
12...15 |
||||
Режим водовоздушной промывки фильтрующей загрузки |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
||
Этапы |
|
Подаваемая среда |
|
Интенсивность |
Продолжительность,мин |
||
промывки |
|
|
|
подачи, л/(схм2) |
|
|
|
1 |
|
Воздух |
|
18...20 |
|
|
1...2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
Воздух |
|
18...20 |
|
|
6...7 |
|
|
Вода |
|
3...3,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
Вода |
|
6...7 |
|
|
5...7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ КОНТАКТНЫХ ОСВЕТИТЕЛЕЙ
Площадь контактных осветлителей рассчитывается на пропуск расхода воды при нормальном режиме их работы. Затем проверяется работа осветлителей при форсированном режиме (при выключении отдельных осветлителей на промывку и ремонт) с учетом сброса первого фильтрата.
Общая площадь контактных осветлителей (м2) на станции определяется по формуле [1]:
Q |
|
F T vн nпр (qпр пр vн сб vн / 60) |
(1) |
где Q- полезная производительность станции в м3/сут;
Т- продолжительно9сть работы станции в течение суток (обычно 24 ч); vн- расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме в м/ч,
принимаемая по табл. 3, м/ч [1];
6
nпр - число промывок одного контактного осветлителя в сутки при нормальном режиме работы, определяемое по выражению:
nпр |
|
|
Т |
|
(2) |
|
|
|
|||
tф |
|
|
|||
|
|
пр |
tф - расчетная продолжительность фильтрующего цикла при нормальном режиме работы контактного осветлителя, принимаемая равной 8... 12 ч, а при форсированном режиме — 6 ч;
τпр - время простоя контактного осветлителя в связи с промывкой принимаемое по [1] для КО-1, промываемых только водой — 0,33ч, а для КО-3, промываемых водой и воздухом — 0,5 ч;
qпр - удельный расход воды (м3/ м2) на одну промывку одного контактного осветлителя, рассчитываемый по выражениям:
- для контактных осветлителей КО-1, промываемых только водой
qпр 0.06 W t ; |
(3) |
- для контактных осветлителей КО-3, с водовоздушной промывкой
qпр 0.06 W t ; |
(4) |
W, t - соответственно интенсивность в л/(с х м2 ) и продолжительность промывки контактных осветлителей (при промывке водой принимаются по табл. 1; для фильтров с водовоздушной промывкой принимаются по табл. 2 для 2-го и 3-го этапов промывки), мин;
τсб - продолжительность сброса первого фильтрата, принимаемая по табл. 1, мин.
По общей площади контактных осветлителей (в первом приближении) рассчитывается их количество по выражению
|
|
(5) |
N 0.5 F |
Полученное значение N округляется до целого в большую сторону. При окончательном назначении количества контактных осветлителей необходимо определить скорость фильтрования при форсированном режиме их работы по выражению
vфор vн |
N |
vф |
(6) |
|
|
||||
N N1 |
||||
|
|
|
где N1— число контактных осветлителей, одновременно находящихся в ремонте или на промывке, принимается следующим образом: N1=l при N<20; N1=2 при N>20;
7
vф - допустимая скорость фильтрования при форсированном режиме, принимаемая по табл. 3.
Если vфор>vф, то количество контактных осветлителей увеличивается так, чтобы выполнялось условие vф>vфор. Только после этого определяется площадь одного контактного осветлителя по выражению
f F / N |
(7) |
Скорости фильтрования воды в контактных осветлителях
Таблица 3.
Режим работы контакт- |
Скорость фильтрования в осветлителях, м/ч |
|
ного осветлителя |
|
|
|
|
|
|
Без поддерживающих |
С поддерживающими |
|
слоев |
слоями |
|
|
|
нормальный |
4,0...5,0 |
5,0...5,5 |
|
|
|
форсированный |
5,0...5,5 |
5,5...6,0 |
|
|
|
Примечание: При очистке воды для хозяйственнопитьевых нужд принимаются меньшие значения скоростей фильтрования
1.3 УСТРОЙСТВО И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОНТАКТНЫХ ОСВЕТИТЕЛЕЙ
Впроцессе конструирования требуется начертить план и разрез принятого контактного осветлителя, на которых должно быть видно взаимное расположение всех элементов. На рис. 1 показано устройство контактного осветлителя КО-1, а на рис. 2 -КО-3.
КОРПУС контактных осветлителей выполняется из железобетона в виде резервуара прямоугольной формы в плане. При определении размеров в плане (BxL) по найденной площади f (см. п. 1.2), рекомендуется ориентироваться на основные типоразмеры, которые разработаны ведущими проектными организациями России: (BxL) 3,5x5,0; 5,0x5,5; 6,0x6,0; 6,0x7,5; 6,0x9,0; 6,0x12,0 м. Размеры контактных осветлителей приведены по осям стен.
Вконтактных осветлителях площадью до 40 м2 предусматривается боковой прямоугольный в плане канал (карман), размещаемый вдоль длинной (L) стенки (рис. 1/2). Канал по высоте делится горизонтальной перегородкой на две части. Верхняя часть используется для отвода фильтрованной и грязной промывной воды. Нижняя часть - для подачи воды на фильтрование и промывку фильтрующей загрузки.
8
В контактных осветлителях площадью более 40 м2 предусматривается центральный (прямоугольный в плане) канал, размещаемый перпендикулярно длинной стороне фильтра (L), а под ним размещается центральный коллектор, которые делят каждый контактный осветлитель на две равные части. Центральный канал используется для отвода фильтрованной и грязной промывной воды. Центральный коллектор— для подачи воды на фильтрование и промывку фильтрующей загрузки.
Площади каналов не входят в площадь контактных осветлителей. ДРЕНАЖНАЯ СИСТЕМА обеспечивает равномерное распределение промыв-
ной воды и воздуха, подаваемых на регенерацию фильтрующей загрузки, а также воды, подаваемой на фильтрование по всей площади контактных осветлителей. В контактных осветлителях равномерность распределения промывной воды достигается дренажными системами большого сопротивления, которые имеют различные конструкции (см. п. 1.6).
Рис. 1. Принципиальная схема контактного осветлителя КО-1
1 -корпус фильтра; 2- верхняя часть бокового канала (кармана); 3- сборные желоба; 4- фильтрующая загрузка; 5- распределительная трубчатая система; 6- нижняя часть бокового канала (кармана); 7- коллектор подачи воды на фильтрацию; 8- коллектор отвод афильтрованной воды в РЧВ; 9- коллектор подачи воды на промывку фильтрующей загрузки; 10кол- лектор отвода загрязненной промывной воды и сброса первого фильтрата.
-Движение воды при фильтровании
-Движение воды при промывке фильтрующей загрузки
9
Рис. 2. Принципиальная схема контактного осветлителя КО-3
1- корпус фильтра; 2- верхняя часть бокового канала (кармана); 3- пескоулавливающий желоб; 4- струенаправляющий выступ; 5- фильтрующая загрузка; - нижняя часть бокового канала (кармана); 7- коллектор подачи воды на фильтрацию; 8- коллектор отвода фильтрованной воды в РЧВ; 9- коллектор подачи воды на промывку фильтрующей загрузки; 10кол- лектор отвода загрязненной промывной воды и сброса первого фильтрата; 11распределительный коллектор для воздуха; 12трубчатая распределительная система для воздуха; 13распределительная система для воды; 14поддерживающий слой
-Движение воды при фильтровании
-Движение воды при промывке фильтрующей загрузки
ФИЛЬТРУЮЩАЯ ЗАГРУЗКА предназначена для задержания взвешенных и коллоидных частиц из воды. В качестве фильтрующей загрузки применяется кварцевый песок. В контактных осветлителях КО-1 фильтрующий материал укладывают на дренажную систему, а в КО-3 -на поддерживающие слои.
ПОДДЕРЖИВАЮЩИЕ СЛОИ (только для КО-3) выполняются из гравия, чтобы предотвратить вынос зерен загрузки в дренаж. Поддерживающие слои
10
имеют различную крупность фракций и высоту. Слои укладываются на дно контактного осветлителя так, что крупность фракций гравия каждого слоя уменьшается от дна к верху.
СИСТЕМА ДЛЯ СБОРА И ОТВОДА загрязненной промывной воды принимается в зависимости от способа промывки. При промывке водой применяются железобетонные или стальные желоба полукруглого или пятиугольного сечения, располагаемые над фильтрующей загрузкой на определенной высоте.
Желоба соединены с верхней частью бокового канала. При водовоздушной промывке применяется система низкого горизонтального отвода промывной воды с пескоулавливающим желобом (см. рис. 8).
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРУБОПРОВОДЫ И АРМАТУРА предназначены для обеспечения нормальной эксплуатации контактных осветлителей. Каждый контактный осветлитель оборудуется трубопроводами, назначение и место примыкания которых к нему указано в табл. 4.
Технологические трубопроводы контактных осветлителей
|
Таблица 4. |
Назначение трубопроводов |
Место примыкания трубопроводов |
|
|
Подача воды на фильтрование |
К нижней части канала у его дна. |
|
|
Отвод фильтрованной воды |
К верхней части канала выше трубо- |
|
провода, отводящего промывную воду. |
|
|
Подача воды на промывку |
К нижней части канала выше трубо- |
|
провода, подачи воды на фильтрование. |
|
|
Отвод промывной воды и |
К верхней части канала у его дна под |
сброс первого фильтрата |
трубопроводом, отводящим фильтрат. |
|
|
Полное опорожнение фильтра |
К стене фильтра у его дна. |
|
|
На всех трубопроводах устанавливаются задвижки или поворотные затворы в местах, удобных для их монтажа и обслуживания, исключая их расположение друг над другом (рис. 1,2).