Расчет скорых фильтров

Фильтрованием называется пропускание очищаемой воды сквозь порис­тый материал (чаще всего кварцевый песок), в результате чего вода освобо­ждается от взвешенных, а иногда и от растворённых частиц.

Фильтрование воды происходит при наличии градиента давлений на вхо­де в фильтр и на выходе из него. Разность напоров до и после фильтрующего слоя называется потерями напора в фильтрующем слое. Потери напора в на­чальный момент работы фильтра называются начальными и равны потерям напора при фильтровании чистой, без взвешенных веществ воды через неза­грязнённый фильтрующий слой. Начальные потери напора зависят от скорости фильтрования воды, её вязкости, размера и формы пор фильтрующего слоя, его толщины (высоты).

Фильтр постепенно загрязняется задерживаемыми из воды взвешенны­ми веществами, потери напора при этом возрастают до величины, характери­зующей сопротивление предельно загрязнённого фильтрующего слоя. В этом случае имеют место предельные потери напора. Тогда фильтр очищают (регенерируют). Наиболее часто это осуществляется промывкой водой (обратной). После промывки фильтр снова включают в работу.

Период работы фильтра между промывками называют продолжитель­ностью фильтроцикла.

Наиболее распространёнными являются скорые фильтры, которые мо­гут использоваться для задержания как взвешенных (при осветлении воды), так и растворённых веществ (при обезжелезивании подземных вод).

Фильтры и их коммуникации должны быть рассчитаны на работу при нормальном и форсированном (когда часть фильтров находится в ремонте) режимах. На станциях с количеством фильтров до 20 следует предусматривать возможность выключения на ремонт одного фильтра, при большем количестве — двух фильтров.

Для загрузки фильтров следует использовать кварцевый песок, дробленые антрацит и керамзит, а также другие материалы. Все фильтрующие материалы должны обеспечивать технологичес­кий процесс и обладать требуемой химической стойкостью и механической прочностью.

Скорости фильтрования при нормальном и форсированном режимах, при отсутствии данных технологических изысканий для ориентировочных расчетов, следует принимать в соответствии с таблицей 8.1 [2], с учетом обеспечения продолжительности работы фильтров между промывками не менее, ч:

12 — при нормальном режиме;

8 — при форсированном режиме или полной автоматизации промывки фильтров, при усло­вии обеспечения требований к питьевой воде.

Общую площадь фильтрования Аф, м2, следует определять по формуле

(71)

где Q — полная производительность станции, м3/сут;

— продолжительность работы станции в течение суток, ч;

— расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, принимаемая по таблице 8.1, с учетом расчетов по формуле (8.3);

— число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации;

— скорость промывки, м/ч, принимаемая по таблице 8.1[2];

— продолжительность промывки, ч, принимаемая по таблице 8.1[2];

— время простоя фильтра в связи с промывкой, ч, принимаемое:

0, 33 — для фильтров, промываемых водой;

0, 5 — для фильтров, промываемых водой и воздухом.

При водовоздушной промывке произведение определяется как сумма произведений соответствующих величин на отдельных этапах промывки.

Количество фильтров Nф на станциях производительностью более 1600 м3/сут должно быть не менее четырех. При производительности станции более 8000–10 000 м3/сут количество фильтров ориентировочно допускается определять, с округлением до ближайших целых чисел (четных или нечетных, в зависимости от компоновки фильтров), по формуле

. (72)

При использовании новых конструкций фильтров, а также фильтров из типовых или повторно применяемых проектов их количество определяется делением общей площади фильтрования Аф на рабочую площадь фильтрования принятого фильтра.

Скорость фильтрования при форсированном режиме vф, м/ч, определяется по формуле

, (73)

где N1 — количество фильтров, находящихся в ремонте.

Площадь одного фильтра следует принимать не более 60 м2.

Высота слоя воды над поверхностью загрузки в открытых фильтрах должна быть от 0, 4 до 2 м (при обосновании, допускается более 2 м); превышение строительной высоты над расчетным уровнем воды — не менее 0, 5 м.

Таблица 8.1

При выключении части фильтров на промывку скорость фильтрования на остальных фильтрах следует принимать постоянной или с увеличением; при этом скорость фильтрования не должна превышать значения, указанные в таблице 8.1 или полученные в результате технологичес­ких исследований.

Крупность фракций и высоту поддерживающих слоев при распределительных системах большого сопротивления следует принимать по таблице 8.2.

На ответвлениях трубчатого дренажа следует предусматривать, при наличии поддерживающих слоев, отверстия диаметром от 10 до 12 мм; при их отсутствии — щели шириной на 0, 1 мм меньше минимального размера зерен фильтрующей загрузки. Общая площадь отверстий должна составлять от 0, 25 % до 0, 5 % рабочей площади фильтра; площадь щелей — от 1, 5 % до 2 % рабочей площади фильтра. Отверстия следует располагать в два ряда в шахматном порядке под углом 45° к низу от вертикали. Щели должны размещаться равномерно поперек оси и по периметру трубы не менее чем в два ряда.

Расстояние между осями ответвлений следует принимать от 250 до 350 мм, между осями от­верстий — от 150 до 200 мм, между щелями — не менее 20 мм, от низа ответвлений до дна фильтра — от 80 до 120 мм.

Дренажная система фильтра состоит из коллектора и боковых ответвлений, расположенных по обеим сторонам коллектора. Диаметр коллектора рассчитывается по промывному расходу, л/с,

qпром = ω * F1 (74)

Площадь поперечного сечения коллектора трубчатой распределительной системы следует принимать постоянной по длине. Скорость движения воды при промывке следует принимать, м/с:

— от 0, 8 до 1, 2 — в начале коллектора;

— “ 1, 6 “ 2, 0 — в начале ответвлений.

Число ответвлений дренажа

nотв = 1 * В1 (75)

2 * 0, 3

Расход воды в ответвлениях, л/с, составит:

qIпром = qпром / nотв (76)

Скорость движения воды в ответвлениях 1, 6 – 2 м/с. На ответвления предусматриваются отверстия d = 10 – 12 мм.

Конструкция коллектора должна обеспечивать возможность укладки ответвлений горизонтально на одном уровне и с одинаковым шагом.

Распределительную систему со щелевыми колпачками следует принимать при водяной
и водовоздушной промывке; количество колпачков должно быть минимально 64 шт. на 1 м2 рабочей площади фильтра.

Для удаления воздуха из трубопровода, подающего воду на промывку фильтров, следует предусматривать стояки-воздушники диаметром от 75 до 150 мм, с установкой на них запорной арматуры или автоматических устройств для выпуска воздуха. На коллекторе фильтра следует также предусматривать стояки-воздушники диаметром от 50 до 75 мм, количество которых следует принимать при площади фильтра до 50 м2 — один, при большей площади — два (в начале и конце коллектора), с установкой на стояках вентилей или других устройств для выпуска воздуха.

Трубопровод, подающий воду на промывку фильтров, следует располагать ниже кромки желобов фильтров.

Опорожнение фильтра необходимо предусматривать через распределительную систему и отдельную спускную трубу диаметром от 100 до 200 мм (в зависимости от площади фильтра) с задвижкой.

Для промывки фильтрующей загрузки следует применять воду, очищенную на фильтрах. Допускается дополнительно применение верхней промывки с распределительной системой над поверхностью загрузки фильтров.

Слой воды над толщей фильтрующей загрузки должен быть не менее 2 м, конструктивное решение стен фильтра над уровнем воду должно бать не менее 0, 5 м.

Полная высота фильтра, м, составит

Нф = Нпод + Нз + Нв + hк (77)

Для сбора и отведения промывной воды следует предусматривать желоба полукруглого или пятиугольного сечения. Расстояние между осями соседних желобов должно быть не более 2, 2 м. Ширину желоба Вжел, м, следует определять по формуле

, (78)

где — расход воды по желобу, м3/с;

— отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, принимаемое от 1 до 1, 5;

— коэффициент, принимаемый равным:

2 — для желобов с полукруглым лотком;

2, 1 — для пятиугольных желобов.

Кромки всех желобов должны быть на одном уровне и строго горизонтальны.

Лотки желобов должны иметь уклон 0, 01 к сборному каналу.

В фильтрах со сборным каналом расстояние от дна желоба до дна канала м, следует определять по формуле

(79)

где — расход воды по каналу, м3/с;

— ширина канала, м, принимаемая не менее 0, 7 м.

Уровень воды в канале с учетом подпора, создаваемого трубопроводом, отводящим промывную воду, должен быть на 0, 2 м ниже дна желоба.

Расстояние от поверхности фильтрующей загрузки до кромок желобов Нж, м, следует опре­делять по формуле

(80)

где — высота фильтрующего слоя, м;

— относительное расширение фильтрующей загрузки, %, принимаемое по таблице 8.1.

Промывка фильтра осуществляется с помощью специальных промывных насосов. Вода для промывки забирается из РЧВ. Для удаления воздуха из дренажной системы предусматривается воздушник в виде трубы d = 100 мм. Опорожнение фильтра осуществляется с помощью трубы d = 150 мм, присоединяемой к трубопроводу промывной воды. Для оборота промывных вод предусматривается резервуар - усреднитель, который рассчитывается на хранение объема воды от двух промывок. Рядом с резервуаром -усреднителем устраивается оборотная насосная станция, которая перекачивает воду в начало очистных сооружений. Осадок, выпавший в резервуарах, периодически откачивается на шламовые площадки.