Прояснювачі із шаром завислого осаду

Прояснювачі із завислим осадом застосовують для видалення з води колоїдних та завислих домішок після обробки води коагулянтами і флокулянтами. В основу роботи прояснювачів покладено принцип контактної коагуляції у шарі завислого осаду, що формується з гідроксидів алюмінію або заліза. Цей шар виконує роль фільтра, сприяє кращому проясненню та знебарвленню води внаслідок більш повного використання адсорбційної ємкості пластівців коагулянту.

Освітлювачі проектуються прямокутної в плані форми (сторона не більше 15 м). При надходженні води з добавленими реагентами в споруду передбачаються пристрої для видалення повітря і газів. Вода рівномірно розподіляється по всьому перерізу освітлювача за допомогою дірчастих труб, а освітлена вода збирається за допомогою жолобів, розташованих біля верхніх країв освітлювачів. Осад, який поступово накопичується у завислому шарі, відбирається у спеціальні ємкості – осадоущільнювачі. Схема прояснювала з шаром завислого осаду (коридорного типу) наведена на рис. 5.5.

Задаємося кількістю прояснювачів N (прийм. N = 4 – 6). Також згідно п.10.10.13 [1] при N < 6 слід передбачити 1 резервний прояснювач. Тоді продуктивність кожного із них складе:

, м³/год (5.75)

де q_год – продуктивність водоочисної станції, м³/год.

Кількість завислих речовин у воді С, мг/дм³, яка надходить в прояснювач, визначаємо за формулою (5.55).

Площа зони прояснення:

, м² (5.76)

де К – коефіцієнт розподілу води між зоною прояснення і осадо-

ущільнювачем, прийм. за табл. 5.11 в залежності від значення

С, мг/дм³;

V_пр – швидкість висхідного потоку води над шаром завислого

осаду в зоні прояснення, мм/с, прийм. за табл. 5.11.

1 – перфоровані труби подачі вихідної води; 2 – робочий коридор; 3 – зона завислого осаду; 4 – зона проясненої води; 5 – лоток; 6 – козорок; 7 – вікна для відведення осаду; 8 – перфоровані труби збору проясненої води; 9 – осадоущільнювач; 10 – перфоровані труби відведення осаду; 11 – відведення проясненої води; 12 – боковий карман; 13 – трубопровід подачі вихідної води; 14 – засувки регулювання відбору проясненої води із осадоущільнювача

Рис. 5.5 – Схема прояснювала із завислим осадом коридорного типу

Тоді площа зони відокремлення осаду:

, м² (5.77)

Таблиця 5.11 – Значення швидкостей висхідного потоку води і коефіцієнтів розподілу в прояснювачах

(для підготовки питної води приймаємо нижню межу в літній період)

Концентрація завислих ре-човин у воді, що надходить в прояснювач, С, мг/дм3	Швидкість висхідного потоку води в зоні прояснення, Vпр, мм/с	Коефіцієнт розподілу води, К
в зимовий період	у літній період
50 – 100 100 – 400 400 – 1000 1000 - 1500	0,5 – 0,6 0,6 – 0,8 0,8 – 1,0 1,0 – 1,2	0,7 – 0,8 0,8 – 1,0 1,0 – 1,1 1,1 – 1,2	0,7 – 0,8 0,8 – 0,7 0,7 – 0,65 0,64 – 0,6

Загальна площа прояснювача:

F = F_пр + F_від, м²

При ширині коридору прояснювача В = 2,6 – 3 м, довжина коридору зони прояснення дорівнює: , м, а ширина осадоущільнювача: , м.

Загальна довжина одного прояснювала становить:

L_пр = 2 · В + b_о.у. + 4 · 0,2, м

а загальна його ширина: В_пр = L_кор + b_карм + 3 · 0,2, м.

При цьому враховуються величини b_карм = 0,7 м – ширина бокового збірного кармана і товщина стінок споруди – 0,2 м.

Висоту зони прояснення приймаємо h_зп = 1,5 – 2 м. Висоту пірамідальної частини прояснювача визначаємо за формулою:

,м (5.78)

де а – ширина дна пірамідальної частини коридору, а = 0,4 – 0,5;

α – кут між похилими стінками коридору, α₁ = 60 - 70°.

Висоту вертикальної частини (від похилих стінок до низу осадоприймальних вікон) прояснювача приймаємо h_верт = 1 – 1,5 м. Тоді висота завислого осаду буде:

, м (5.79)

За вимогами п.10.10.3 [1] висота зони освітлення h_з.о. повинна становити 2 – 2,5 м. Тоді загальна висота прояснювача складе:

Н_пр = h_пір + h_верт + h_зп, м

Подачу води в прояснювач передбачено дірчастим телескопічним колектором з двома ділянками діаметром:

, м (5.80)

де: v_к – швидкість руху води на вході у розподільчий колектор,

v_к = 0,5 – 0,6 м/с.

Визначений діаметр d_к1, мм, (v_к1, м/с; 1000і_к1) уточнюємо за таблицями для гідравлічного розрахунку для сталевих труб [5]. З другої половини колектора приймаємо діаметр d_к2, мм, (v_к2, м/с; 1000і_к2).

В нижній частині колектора розташовані отвори, їх кількість складає:

, шт. (5.81)

де V_отв – швидкість руху води в отворах, прийм. 1,5 – 2 м/с;

d_отв – діаметр отворів, d_отв = 0,015 – 0,025 м (15 – 25 мм).

Відстань між отворами (крок) дорівнюватиме: , м, вона не повинна перевищувати 0,5 м. Отвори розташовуємо під кутом 45º вниз до вертикалі по обидві сторони труби в шаховому порядку.

Збір освітленої води з кожного коридору здійснюється двома жолобами прямокутного перерізу із трикутними водозливами. Витрата води на кожен жолоб:

, м³/с (5.82)

Ширину жолоба визначаємо за формулою:

b_ж = 0,9 · q_ж^0,4, м (5.83)

Висота шару води в жолобі становить:

, м (5.84)

де V_ж – швидкість руху води в жолобі, прийм. 0,5 – 0,6 м/с.

Трикутні водозливи мають висоту 40 – 60 мм, відстань між ними l_в = 100 – 150 мм (0,1 – 0,15 м). Тоді кількість водозливів у жолобі: , шт.

Для відведення води з осадоущільнювача встановлюємо дві перфоровані труби із затопленими отворами. Витрата води через кожну з них складе:

, м³/с (5.85)

За витратою q_відв,л/с за таблицями для гідравлічного розрахунку для сталевих труб [5] підбираємо діаметр труб d_відв, мм, так, щоб швидкість на виході з них V_відв, м/с, не перевищувала 0,5 м/с.

Площа отворів в кожній збірній дірчастій трубі становитиме:

, м² (5.86)

де V_о – швидкість входу води в отвори труби, V_о ≥ 1,5 м/с.

При діаметрі отворів d_о = 0,015 – 0,02 м (15 - 20 мм) їх кількість буде: , шт. Крок отворів дорівнює: е_о = L_кор/n_о, м.

Верх збірних дірчастих труб розташовуємо на 0,3 м нижче рівня води в освітлювачі і на 1,5 м вище верху вікон для приймання осаду.

Площу вікон для відведення надлишкового осаду із зони прояснення в осадоущільнювач визначаємо за формулою:

, м² (5.87)

де V_вік – швидкість руху води з осадом через вікна для приймання

осаду, прийм. V_вік = 10 – 15 мм/с.

Приймаючи висоту вікна h_вік = 0,1 – 0,3 м визначаємо їх загальну довжину: , м. Проектуємо з кожної сторони осадоущільнювача по гори-зонталі n_вік = 4 (допускається приймати n_вік = 4 – 10 шт.) довжиною: l_вік/4, м.

Відстань між осями вікон: , м.

Висота пірамідальної частини осадоущільнювача:

, м (5.88)

де α' – кут між похилими стінками осадоущільнювачів, α' = 70º.

Робочий об’єм осадоущільнювача до відмітки рівня завислого шару визначаємо за формулою:

, м³ (5.89)

Кількість завислих речовин, які надходять в осадоущільнювач, складе:

, кг/год (5.90)

де m - вміст завислих речовин у воді на виході з прояснювача,

m = 8 – 15 мг/дм³.

Час накопичення осаду при цьому складе:

, год (5.91)

де δ_ср – середня концентрація осаду, при тривалості ущільнення 6

год (за відсутності згущувача) і при відповідному значенні С,

мг/дм³, прийм. за табл. 5.10.

Для видалення осаду з осадоущільнювача передбачені дірчасті труби, які укладаються повздовж осі дна осадоущільнювача. Якщо прийняти час видалення осаду t = 15 – 20 хв., то кожна труба повинна забезпечити витрату:

, м³/с (5.92)

Відповідно до п.10.10.11 [1], в трубах, які відводять осад, потрібно створювати швидкість не менше 1 м/с, а діаметр труб приймати не менше 150 мм. Діаметр осадовідвідних труб визначаємо за формулою:

, м (5.93)

де v_тр – швидкість руху осаду в кінці осадо відвідних труб, v_тр = 1 м/с.

Визначений діаметр d_тр, мм, уточнюємо за таблицями для гідравлічного розрахунку для сталевих труб [5].

Сумарна площа отворів в одній трубі:

, м² (5.94)

де V_тр^отв – швидкість розбавленого осаду в отворах труб, V_тр^отв=3 м/с.

Тоді кількість отворів складе:

, шт. (5.95)

де d_o - мінімально допустимий діаметр отворів, d_o = 0,02 м (20 мм).

Крок між ними складе: ,м (згідно норм е_о ≤ 500 мм).

Витрату води при спорожненні осадоущільнювача визначаємо за формулою:

, (5.96)

Діаметр відвідного трубопроводу освітленої води d, мм, підбираємо за витратою q_осв, л/с та орієнтовною швидкістю V = 0,8 – 1 м/с за таблицями для гідравлічного розрахунку для сталевих труб [5].

Втрати напору в отворах розподільчих трубопроводів визначаємо за формулою:

, м (5.97)

де ξ – коефіцієнт місцевого опору, для отворів прийм. ζ = 2,0;

Втрати напору по довжині в телескопічних трубах, які підводять воду в освітлювач:

- на початку колектора при діаметрі d_к1: , м;

- в другій половині колектора при діаметрі d_к2: , м.

Тоді загальні втрати напору в підвідному колекторі: h₂ = h_к1 + h_к2, м.

Втрати напору в шарі завислого осаду складуть:

h₃ = 0,01 ∙ h_з.о., м

Втрати напору по довжині у водозбірних лотках по довжині орієнтовно можна прийняти h₄ = 0,06 м.

Сумарні втрати напору в освітлювача складуть:

∑h = h₁ + h₂ + h₃ + h₄, м.