НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
КОММУНАЛЬНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
И ОЧИСТКИ ВОДЫ (НИИ КВОВ)
АКХ им. К. Д. ПАМФИЛОВА

ПОСОБИЕ
по проектированию сооружений
для очистки и подготовки воды

(к СНиП 2.04.02-84)

Утверждено приказом НИИ КВОВ
АКХ им. К. Д. Памфилова
от 9 апреля 1985 г. № 24

МОСКВА
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ТИПОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1989

Рекомендовано к изданию ученым советом НИИ КВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова.

Содержит сведения, уточняющие конструктивные и другие особенности сооружений, вошедших в основной нормативный документ, а также указания по ряду новых разработок, которые могут применяться только в экспериментальном порядке, при этом для хозяйственно-питьевого водоснабжения необходимо наличие положительного заключения санитарных органов.

Для инженерно-технических работников проектных организаций.

При пользовании Пособием необходимо учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые и журнале «Бюллетень строительной техники», «Сборнике изменений к строительным нормам и правилам» Госстроя СССР и информационном указателе «Государственные стандарты СССР» Госстандарта.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие является дополнением к разд. 6 «Водоподготовка» СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

Составлено с учетом научных исследований и обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации водопроводных станций за последние годы.

Пособие разработано НИИ КВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова - кандидатами техн. наук Е. И. Апельциной (разд. 1), В. М. Корабельниковым (разд. 4, 13, 14), А. М. Перлиной (разд. 13), И. И. Деминым (разд. 6), В. П. Криштулом, В. М. Трескуновым (разд. 7), Г. Л. Медришем (разд. 15), В. М. Любарским (разд. 16) совместно с ВНИИ ВОДГЕО - д-ром техн. наук А. И. Егоровым (разд. 2), кандидатами техн. наук И. М. Миркисом, Э. А. Прошиным (разд. 1), И. С. Родиной (разд. 2), Э. Л. Вольфтруб (разд. 3, 4), Г. Ю. Ассом (разд. 12); РНИИ АКХ им. К. Д. Памфилова - кандидатами техн. наук И. Х. Коварской (разд. 5), А. И. Филатовым (разд. 8), ОИСИ - канд. техн. наук П. А. Грабовским (разд. 8); ЦНИИКИВР - канд. техн. наук М. Г. Журбой (разд. 9); АзНИИ водных проблем - канд. техн. наук И. С. Бабаевым (разд. 10); ЦНИИЭП инженерного оборудования - кандидатами техн. наук В. И. Родиным, Б. Д. Сукасяном, инж. Г. Р. Рабиновичем (разд. 11).

В отборе материала, составлении и редактировании Пособия участвовали: кандидаты техн. наук И. И. Демин, Л. Н. Паскуцкая, В. П. Криштул (НИИ КВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова); канд. техн. наук В. В. Ашанин, д-р техн. наук, проф. И. Э. Апельцин (ВНИИ ВОДГЕО); инженеры В. А. Красулин, Л. П. Розанова (Гипрокоммунводоканал); А. Ф. Бриткин (Союзводоканалпроект); Г. Р. Рабинович (ЦНИИЭП инженерного оборудования)

1. РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ РЕАГЕНТОВ

В практике водоподготовки в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84 должно быть обеспечено быстрое и равномерное распределение реагентов в обрабатываемой воде. Особенно важно увеличение скорости распределения при введении коагулянтов (растворов солей алюминия и железа) для создания условий их эффективного и рационального использования.

Ниже описано несколько типов распределителей реагентов, разработанных НИИ КВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова (тип I) и ВНИИ ВОДГЕО (типы II - IV).

ПЕРФОРИРОВАННЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ КОАГУЛЯНТА (ТИП I)

1.1. Распределитель предназначен для введения растворов коагулянта или флокулянта и может быть установлен в трубе перед смесителем, при поступлении воды в смеситель или в одном из отделений входной камеры перед контактными осветлителями (черт. 1). В последнем случае рекомендуется устанавливать распределитель в проеме перегородки, создающем сужение потока и увеличение его турбулентности.

Черт. 1. Схема установки перфорированного распределителя коагулянта (тип I)

а - в вихревом смесителе; б - в перегородчатом или коридорном смесителе, входной камере контактного осветлителя; 1 - распределитель; 2 - секционная свинчивающаяся штанга; 3 - подача коагулянта; 4 - зарядка сифона

1.2. Потери напора при обтекании распределителя водой составляют 10 - 15 см.

1.3. Распределители из перфорированных трубок не рекомендуется применять при обработке воды раствором коагулянта, содержащим нерастворимые примеси.

1.4. Для введения растворов минеральных коагулянтов следует применять распределители из винипластовых труб или из нержавеющей стали.

1.5. Распределитель коагулянта (черт. 2) состоит из центрального бачка со штуцером, на который надевается шланг для подачи коагулянта, и радиальных перфорированных трубок-лучей, имеющих отверстия, направленные по движению потока воды. Распределитель опускается на место установки с помощью свинчивающейся из отдельных секций штанги.

Черт. 2. Перфорированный распределитель коагулянта (тип I)

1 - центральный бачок; 2 - отверстия для ввода коагулянта; 3 - разъемная штанга; 4 - штуцер для присоединения шланга подачи коагулянта; 5 - заглушка; 6 - перфорированная трубка-луч

1.6. Число отверстий в распределителе следует определять по расходу раствора коагулянта и величине потери напора в распределителе 30 - 50 см.

1.7. Расход раствора коагулянта qк, см3/с, следует определять по формуле

,                                                          (1)

где Дк - доза коагулянта, г/м3;

qв - расход воды через смеситель, м3/с;

Ск - концентрация раствора коагулянта, % по массе;

r - плотность раствора коагулянта концентрации Ск, г/см3.

Плотность раствора коагулянта при заданной концентрации следует принимать по табл. 1.

Таблица 1

Концентрация раствора Аl2 (SO4)3, % по массе

Плотность раствора, г/см3

1

1,009

2

1,019

4

1,040

6

1,060

8

1,083

10

1,105

20

1,226

1.8. Расход раствора коагулянта qо, см3/с, проходящего через одно отверстие, следует определять по формуле

,                                                               (2)

где m - коэффициент расхода, приближенно равный 0,75;

w - площадь отверстия, см2;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

h - заданная потеря напора в распределителе (см. п. 1.6).

В табл. 2 приведены расходы раствора коагулянта, проходящего через одно отверстие, при потере напора в распределителе, равной 30 см; указаны рекомендуемые диаметры лучей в зависимости от диаметра отверстий.

Таблица 2

Диаметр отверстия, мм

Расход раствора коагулянта, проходящего через одно отверстие при h = 30 см, см3

Диаметр луча, мм

3

12,8

15

4

22,8

20

5

35,6

25

6

51,3

32

1.9. Число отверстий no в распределителе (при выбранном диаметре отверстий) надлежит определять по формуле

.                                                                (3)

При nо > 32 следует увеличить диаметр отверстий и повторить расчет.

1.10. В целях уменьшения вероятности засорения отверстия должны быть раззенкованы так, чтобы их диаметр увеличивался от внутренней поверхности луча к наружной (после сверления отверстий на лучах сверлом расчетного диаметра).

1.11. Число лучей в распределителе следует выбирать так, чтобы на каждом луче было не более 3 - 4 отверстий (число лучей должно быть не более 8).

1.12. Отверстия на лучах распределителя должны быть расположены симметрично относительно оси трубы, по которой поступает обрабатываемая вода, а на каждом луче - симметрично относительно точки, отстоящей от стенки трубы на 0,25 диаметра трубы D.

Расположение отверстий на лучах распределителя следует выбирать в соответствии с табл. 3.

Таблица 3

Число отверстий на луче распределителя

Расстояние от внутренней стенки трубы до отверстия, доли от D

1

0,25

2

0,2; 0,3

3

0,2; 0,25; 0,3

4

0,16; 0,22; 0,28; 0,34

1.13. Следует предусматривать возможность использования шланга при подаче коагулянта для осуществления обратной промывки распределителя (см. черт. 1).

КАМЕРНО-ЛУЧЕВОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ (ТИП II)

1.14. Камерно-лучевой распределитель предназначен для смещения обрабатываемой воды с растворами реагентов, за исключением известкового молока.

1.15. Камерно-лучевой распределитель располагается по оси потока обрабатываемой воды (черт. 3) и состоит из: цилиндрической камеры с радиальными перфорированными ответвлениями, имеющими открытые торцы; циркуляционного патрубка, расположенного внутри камеры соосно, открытого с обеих сторон и закрепленного на основании камеры, обращенном к потоку; реагентопровода, присоединенного к камере с противоположной стороны. Реагентопровод может быть снабжен приемной воронкой при подаче раствора реагента самотеком или соединен на фланцах соответствующей коммуникацией при подаче под напором.

Черт. 3. Камерно-лучевой распределитель (тип II, расположение - внутри трубопровода)

1 - корпус трубопровода; 2 - камера распределителя; 3 - лучевое ответвление; 4 - движение воды; 5 - отверстие для выхода раствора; 6 - радиальная распорка; 7 - глухая резиновая муфта, устанавливаемая с зазором 5 - 10 мм от корпуса трубопровода; 8 - циркуляционный патрубок; 9 - подача реагента; 10 - реагентопровод

1.16. Эффективность действия камерно-лучевого распределителя обеспечивается за счет:

поступления части исходной воды через циркуляционный патрубок внутрь камеры;

разбавления этой водой раствора реагента, поступающего внутрь камеры через реагентопровод (предварительное смешение);

увеличения первоначального расхода жидкого реагента, способствующего его рассредоточению в потоке;

равномерного распределения разбавленного раствора по сечению потока.

Поступление в камеру исходной воды через циркуляционный патрубок происходит под действием скоростного напора, имеющего наибольшую величину в ядре потока.

1.17. Камерно-лучевой распределитель размещают, как правило, внутри трубопровода (при вертикальном и горизонтальном его положении), на выходном участке трубопровода, подающего исходную воду, или на входном участке трубопровода, отводящего воду из сооружения, после которого она подлежит дальнейшей реагентной обработке (черт. 4).

Предпочтительный вариант установки распределителей в трубопроводах рекомендуется выбирать с учетом возможности их осмотра и замены без прекращения подачи обрабатываемой воды.

При обработке воды несколькими реагентами распределители растворов следует устанавливать в последовательности, определяемой технологической схемой. При этом отдельные распределители могут быть объединены в блоки.

Черт. 4. Схемы установки камерно-лучевых распределителей (тип II)

а - вблизи выходного сечения вертикального трубопровода; б - вблизи входного сечения горизонтального отводящего трубопровода; 1 - трубопровод; 2 - движение воды; 3 - камерно-лучевой распределитель; 4 - подача реагента; 5 - опорная конструкция

1.18. Расчетные показатели камерно-лучевых распределителей и размеры их конструктивных элементов приведены в табл. 4.

Таблица 4

Показатели и конструктивные элементы

Значения показателей

Продолжительность смешения при установке внутри трубопровода Т, с

0,6 - 1,0

То же, при установке вблизи выходного (входного) сечения трубопровода Т, с

1,0

Скорость потока v, м/с

Не менее 0,5

Коэффициент гидравлического сопротивления ζ

2,1

Отношения размеров элементов к диаметру D подающего (отводящего) трубопровода:

 

диаметр камеры dк

0,25 - 0,30

диаметр циркуляционного патрубка dц

0,15 - 0,20

диаметр лучевого ответвления dл

0,05 - 0,08

диаметр реагентопровода dр

0,10 - 0,15

высота камеры Нк

0,30

высота циркуляционного патрубка Нц

0,20

длина лучевых ответвлений Lл

0,25 - 0,30

Число лучевых ответвлений nл

8

Диаметр боковых отверстий лучевых ответвлений dо, мм

4 - 10

Коэффициент перфорации лучевых ответвлений Кп

1,4 - 1,6

ДИФФУЗОРНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ (ТИП III)

1.19. Диффузорные распределители предназначены для смешения обрабатываемой воды с жидкими реагентами, в особенности с теми, которые содержат значительное количество твердых примесей (известковым молоком, угольной суспензией).

1.20. Диффузорный распределитель устанавливают в вертикальных трубопроводах по оси потока обрабатываемой воды. Он состоит из конического диффузора, обращенного выходным сечением навстречу потоку, и реагентопровода, присоединенного к входному сечению диффузора и снабженного приемником реагента. Горизонтальные кромки выходного сечения диффузора образуют со стенками трубопровода рабочий зазор для пропуска потока обрабатываемой воды (черт. 5).

Черт. 5. Диффузорный распределитель (тип III)

1 - корпус трубопровода; 2 - диффузор; 3 - движение воды; 4 - рабочий зазор; 5 - глухая резиновая муфта; 6 - радиальная распорка; 7 - подача реагента; 8 - приемник реагента; 9 - реагентопровод

1.21. Быстрое распределение реагентов обеспечивается за счет:

поступления части исходной воды в диффузор под действием скоростного напора, имеющего наибольшую величину в ядре потока;

рециркуляции воды внутри диффузора в результате гашения скоростного напора и смешения ее с реагентом, поступающим в диффузор через реагентопровод;

равномерного распределения разбавленного реагента в рабочем зазоре;

турбулентной диффузии, образующейся в результате расширения потока при выходе из рабочего зазора.

Поступление разбавленного реагента из диффузора в рабочий зазор происходит за счет подсоса в область минимальных давлений.

1.22. Диффузорный распределитель следует размещать в трубопроводе свободно и центрировать радиальными распорками с зазорами между их торцами и стенкой трубопровода, равными 5 - 10 мм. Допускается блокировка с камерно-лучевым распределителем (черт. 6).

1.23. Диффузорный распределитель можно одновременно с основным назначением использовать в качестве сужающего устройства для измерения расхода обрабатываемой воды с коэффициентом гидравлического сопротивления, указанным в табл. 5.

Черт. 6. Схема совмещения диффузорного и камерно-лучевого распределителей

1 - корпус трубопровода; 2 - диффузорный распределитель; 3 - движение воды; 4 - камерно-лучевой распределитель; 5 - подача коагулянта; 6 - подача извести

1.24. Расчетные показатели и размеры диффузорных распределителей указаны в табл. 5.

Таблица 5

Показатели и конструктивные элементы

Значения показателей

Продолжительность смешения Т, с

1,0

Скорость потока v, м/с

0,5 - 1,5

Коэффициент гидравлического сопротивления ζ

5,9

Отношения размеров элементов к диаметру D трубопровода:

 

длина участка смешения l

Не менее 2,0

диаметр выходного сечения диффузора dк

0,67

диаметр реагентопровода dр

0,10 - 0,15

СТРУЙНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ СУСПЕНЗИЙ РЕАГЕНТОВ (ТИП IV)

1.25. Распределители струйного типа предназначены для быстрого смешения суспензий реагентов (извести, угля, глины и др.) с водой в напорных трубопроводах диаметром 200 - 1400 мм.

Распределители надлежит выполнять по одной из приведенных на черт. 7 схем, включающих: два распределительных элемента для трубопроводов диаметром D = 200 - 400 мм (вариант а); три - для D = 500 - 700 мм (вариант б); четыре - для D = 800 - 1000 мм (варианты в, г); пять - для D = 1200 - 1400 мм (вариант д).

1.26. Распределители можно устанавливать как на горизонтальных, так и на вертикальных участках трубопроводов. В месте установки распределителя расстояние от поверхности трубопровода до ограждающих конструкций должно быть не менее 300 мм.

1.27. Каждый распределительный элемент распределителя суспензии следует выполнять в виде трубки, введенной срезанным концом в трубопровод через сальниковое устройство и установленной срезом по направлению потока. На противоположном конце трубки снаружи трубопровода устанавливают запорную арматуру или струбцину на резинотканевом рукаве.

1.28. Быстрое смешение обеспечивается струйной подачей суспензии реагента через несколько распределительных элементов перпендикулярно потоку воды с охватом большей части поперечного сечения потока струями реагента.

Для повышения эффективности смешения предусмотрена возможность увеличения длины распространения струй за счет выполнения среза трубки под углом 80°. Продольное перемещение распределительного элемента в сальнике позволяет добиться наибольшей площади охвата поперечного сечения потока воды струей реагента. При скорости выхода струи из распределительного элемента менее средней скорости движения воды в трубопроводе длину введенного в трубопровод участка распределительного элемента следует увеличивать, при большей скорости выхода реагента - уменьшать.

1.29. Диаметр выпускного отверстия распределительного элемента следует принимать равным 8 - 15 мм. При этом следует предусматривать возможность и устройство для очистки от внутренних отложений путем последовательного отключения одной из ветвей распределительного коллектора и применения пробойников соответствующего диаметра (6 - 12 мм).

Черт. 7. Струйные распределители суспензий реагентов (тип IV)

а - д - варианты схем: а - D = 200 - 400 мм; б - D = 500 - 700 мм; в, г - D = 800 - 1000 мм; д - D = 1200 - 1400 мм; е - деталь ввода суспензии; 1 - трубопровод; 2 - реагентопровод; 3 - коллектор распределительный (резинотканевый рукав); 4 - стальная трубка; 5 - арматура запорная; 6 - сальник; 7 - струбцина запорная

2. АЭРИРОВАНИЕ КАК СРЕДСТВО ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА КОАГУЛЯЦИИ ПРИРОДНЫХ ВОД1

1 Следует применять в экспериментальном порядке.

СУЩНОСТЬ МЕТОДА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

2.1. При обработке природных вод в процессе гидролиза коагулянта образуется значительное количество свободной углекислоты, содержащейся главным образом в газовой фазе вследствие ее малой растворимости. На начальной стадии коагуляции взвешенных веществ при развитой поверхности твердой и газовой фаз происходит интенсивная адсорбция мельчайших пузырьков углекислоты на поверхность микрохлопьев коагулированной взвеси. В результате образуется осадок непрочной, рыхлой структуры.

2.2. Своевременное удаление углекислоты из сферы образования микрохлопьев, достигаемое за счет аэрации воды, значительно интенсифицирует процесс коагуляции. Аэрирование способствует лучшему гидравлическому перемешиванию воды с коагулянтом на стадии скрытой коагуляции. В результате образуются хлопья более прочной и плотной структуры, быстрее осаждающиеся в отстойных сооружениях. Отдувка углекислоты вызывает повышение рН воды, что снижает ее коррозионную активность.

2.3. Метод с применением аэрирования может быть рекомендован при обработке воды с повышенной мутностью и цветностью в целях интенсификации работы водоочистных сооружений, экономии коагулянта и повышения качества осветленной воды по органолептическим показателям (запаху, привкусу, насыщению кислородом).

2.4. Аэрирование может осуществляться при использовании любых технологических схем обработки воды, предусмотренных СНиП 2.04.02-84.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И НЕОБХОДИМОЕ КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ

2.5. Оптимальный режим аэрирования следует определять опытным путем в зависимости от качества воды, и прежде всего, от ее мутности и цветности.

2.6. Методика определения оптимальной дозы коагулянта и процента аэрирования воды изложена в пп. 2.22 - 2.24. При невозможности осуществления пробной обработки речной воды расчетные значения дозы коагулянта и процента аэрирования воды для проектируемых водоочистных сооружений ориентировочно можно принимать по табл. 6 (в зависимости от мутности воды). В этом случае интервал между вводом коагулянта и подачей диспергированного воздуха в среднем принимают равным 15 с.

Таблица 6

Мутность воды, мг/л

Доза безводного коагулянта для обработки мутных вод, мг/л

Расход воздуха в зависимости от расхода воды, %

согласно СНиП 2.04.02-84

с аэрированием

До 100

25 - 35

20 - 30

10

Св. 100 до 200

30 - 40

25 - 30

15

«    200  «  400

35 - 50

25 - 40

20

«    400  «  600

50 - 60

35 - 45

20

«    600  «  800

60 - 70

40 - 50

25

«    800  «  1000

70 - 80

50 - 60

30

Примечание. При обработке цветных вод расход воздуха нужно принимать, %, при цветности воды, град:

до 40                               10

св. 40 до 60                    15

«     60  «  80                    20

2.7. Аэрирование воды допускается осуществлять в открытых смесителях гидравлического типа (вихревых и перегородчатых), дополнительных сооружений не требуется.

2.8. Метод обработки воды с аэрированием требует строгой последовательности ввода коагулянта и сжатого воздуха. Введение диспергированного воздуха в период гидролиза коагулянта и образования микрохлопьев обеспечивает наибольший эффект аэрирования.

2.9. Интервал между вводом коагулянта и воздуха следует принимать 10 - 20 с - время, необходимое для смешения коагулянта с водой и начала его гидролиза. Верхний предел относится к тем случаям, когда процесс смешения замедляется вследствие низкой температуры воды. Оптимальный интервал определяется пробной обработкой воды.

2.10. Раствор коагулянта следует вводить в подающий трубопровод или при входе воды в смеситель, а диспергированный воздух - непосредственно в смеситель.

Время аэрирования равно времени пребывания воды в смесителе.

2.11. Необходимость предварительного хлорирования или подщелачивания, а также применения других реагентов и последовательность их ввода устанавливаются при пробной обработке речной воды.

2.12. Аэраторы в смесителях располагают на глубине не менее 3 м от поверхности воды.

Во избежание подсоса воздуха в трубопровод, отводящий воду из смесителя, водосборные лотки должны работать с подтоплением (открытый перелив исключается); над трубопроводом необходимо предусматривать отражательный щит. Наилучшим вариантом является применение водосборных лотков с затопленными окнами. Устройство самостоятельного воздухоотделителя после смесителя-аэратора не требуется.

2.13. Распределение воздуха в смесителях может быть осуществлено с помощью фильтросных устройств или перфорированных труб. Фильтросы позволяют получить более мелкое дробление пузырьков, при котором расход воздуха для аэрации воды снижается. Однако сопротивление фильтросов значительно выше, и они быстро загрязняются, что влечет за собой частую промывку их и перерасход электроэнергии, поэтому в Пособии рассматриваются только аэраторы из перфорированных труб.

2.14. Для подачи воздуха в трубчатые аэраторы могут быть использованы воздуходувные агрегаты, применяемые на водоочистных станциях для приготовления раствора коагулянта и других нужд реагентного хозяйства. Подающий трубопровод следует присоединять к аэратору сверху и оборудовать расходомером.

2.15. Схема трубчатого аэратора зависит от конструкции смесителя и условий его эксплуатации.

Для обеспечения равномерности распределения воздуха дырчатые трубы аэратора нужно располагать строго горизонтально. На черт. 8 приведены различные схемы трубчатых аэраторов в вихревых и перегородчатых смесителях. На схеме а представлен кольцевой трубчатый аэратор, который следует применять для смесителей вихревого типа. При больших размерах сечения смесителя (в плане) целесообразно кольцевую трубу дополнить радиальными трубами, как показано на схеме б. Схемы в и г применяют при устройстве аэраторов в перегородчатых смесителях. Аэратор в перегородчатых смесителях надлежит выполнять в виде коллектора с ответвлениями. Расстояние между ответвлениями следует принимать не более 0,7 - 1 м.

2.16. Аэраторы в перегородчатых смесителях следует располагать на подставках высотой 0,1 - 0,15 м от дна, а в вихревых смесителях - в конической его части на высоте 1,5 - 2 м над входным отверстием. Наименьшая высота расположения аэратора в вихревых смесителях принимается при наклоне стенок нижней части, равном 45°. Отверстия в трубах аэратора просверливают диаметром 3 - 4 мм по одной или двум образующим с постоянным шагом.

Все отверстия должны быть направлены вниз по вертикальной оси или под углом 45° к ней. Для предотвращения слипания пузырьков минимальное расстояние между отверстиями (в осях) должно быть не менее 10 диаметров распределительной трубы.

2.17. Расчетные скорости движения воздуха, м/с, следует принимать:

на магистральном воздухопроводе                                       10 - 12

в начале дырчатых ответвлений                                            8 - 10

на выходе из отверстий                                                           20 - 30

Черт. 8. Трубчатые аэраторы

а, б - при смесителях вихревого типа; в, г - при смесителях перегородчатого типа; 1 - корпус смесителя; 2 - дырчатые ответвления для распределения воздуха; 3 - магистраль (коллектор) для подачи воздуха; 4 - подача коагулянта; 5 - подача воды

Заданные скорости обеспечивают работу всех отверстий аэратора в струйно-барботажном режиме и достаточно эффективную работу аэратора. Неравномерность распределения воздуха по всей поверхности смесителя не превышает 15 - 20 %.

2.18. Для обеспечения эффективности аэрирования интенсивность аэрации следует принимать равной 70 - 80 м3/ (м2 ∙ ч).

2.19. В перегородчатых смесителях площадь сечения коллектора в аэраторе принимают в 3 раза более площади распределительных дырчатых труб.

2.20. Аэраторы можно изготавливать из металлических и неметаллических труб. В качестве металлических труб могут быть использованы обычные стальные трубы (Ст3) при ограниченном периоде (не более 2 - 3 мес.) коагулирования речных вод. При большем периоде коагулирования целесообразно применять коррозионно-стойкие трубы (полиэтиленовые).

2.21. Расчет подводящих воздухопроводов следует производить в соответствии с указаниями «Справочника проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий» (М., Стройиздат, 1981).

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ДОЗЫ КОАГУЛЯНТА И РАСХОДА ВОЗДУХА

2.22. Предварительно следует определить дозу коагулянта без аэрирования в соответствии с общепринятыми методиками.

Определение оптимального режима коагулирования с применением аэрирования надлежит производить с помощью прибора, схема которого приведена на черт. 9.

Черт. 9. Прибор для аэрирования воды в цилиндрах

1 - мерный закрытый цилиндр; 2 - воздушная линия; 3 - лабораторные цилиндры; 4 - стеклянная трубка с резиновым наконечником; 5 - подача воды; 6 - патрубок для опорожнения цилиндра; 7 - штатив

Мерный цилиндр вместимостью 500 мл изготовлен из оргстекла и установлен на штативе. По высоте цилиндр разделен на 20 равных частей. Объем каждой части составляет 5 % объема обрабатываемой воды в цилиндрах. При наполнении водой мерного цилиндра на одно деление такое же количество воздуха вытесняется в обрабатываемую воду. Воздух сверху из цилиндра отводится в стеклянную трубку с резиновым наконечником, которая используется одновременно для диспергирования пузырьков воздуха и перемешивания их со всем объемом обрабатываемой воды.

Расход воздуха и время аэрации соответствуют объему и времени заполнения водой мерного цилиндра.

2.23. Методика пробной обработки воды коагулянтом с применением аэрирования заключается в следующем.

Испытуемую воду наливают в ряд цилиндров вместимостью 500 мл. Дозы коагулянта в цилиндрах такие же, как и в опытах без аэрирования, с интервалом 10 мг/л. После добавления коагулянта производят перемешивание воды в цилиндрах в течение 8 - 10 с, затем осуществляют аэрирование. Расход воздуха варьируют в пределах 10 - 40 % объема воды с интервалом 5 %. Вначале во все цилиндры вводят 10 % воздуха, затем 15 % и т.д. Примерный диапазон и изменение расхода воздуха можно принимать по табл. 6. Продолжительность аэрирования составляет 6 - 8 с. После аэрирования производят быстрое смешение содержимого в цилиндрах палочкой с резиновым наконечником в течение 5 с, а затем - медленное, как в опыте без аэрирования.

В цилиндрах воду отстаивают в течение 30 мин и одновременно ведут визуальное наблюдение за эффектом хлопьеобразования, агломерации и осаждения хлопьев.

Контроль качества воды до и после обработки ее производят так же, как и в предыдущих опытах. В результате устанавливают зависимость степени осветления и обесцвечивания воды от дозы коагулянта и процента аэрирования.

2.24. Оптимальный режим пробной обработки речной воды переносят непосредственно в технологию действующих водопроводных очистных сооружений. При этом возможна некоторая корректировка режима обработки речной воды с учетом особенностей технологической схемы и конструктивного оформления водоочистных сооружений.

3. КОНТАКТНЫЕ КАМЕРЫ ХЛОПЬЕОБРАЗОВАНИЯ1

1 Следует применять в экспериментальном порядке.

СУЩНОСТЬ МЕТОДА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

3.1. Контактные камеры хлопьеобразования следует применять в технологических схемах осветления мало- и среднемутных цветных и высоко-цветных вод.

Область применения контактных камер ограничивается мутностью исходной воды до 150 мг/л, цветностью до 250 град.

При более высокой мутности и цветности исходной воды применение контактных камер должно обосновываться соответствующими технологическими изысканиями.

3.2. Работа контактных камер хлопьеобразования основана на принципе контактной коагуляции, обусловленной способностью мелких частиц взвеси и микрохлопьев коагулянта после взаимной нейтрализации электрокинетических зарядов прилипать к поверхности более крупных частиц фильтрующей загрузки.

Адгезия частиц загрязнений и продуктов гидролиза коагулянта происходит до тех пор, пока в результате накопления осадка в порах зернистой контактной среды скорость движения воды не достигнет величины, при которой начинаются отрыв хлопьев осадка и вынос их в отстойники. В дальнейшем контактная камера работает в режиме устойчивого равновесия: масса поступающей в камеру взвеси и продуктов гидролиза коагулянта равна массе твердой фазы выносимого водой из камеры осадка. Образование хлопьев осадка в контактных камерах происходит быстрее, чем в камерах со свободным объемом воды, особенно при маломутных цветных водах и низкой температуре воды. Осадок получается более плотным.

3.3. Технологической схемой станции осветления и обесцвечивания воды должна быть предусмотрена установка перед контактными камерами хлопьеобразования сеток, предпочтительно барабанных, или микрофильтров, а также распределителей коагулянта (см. разд. 1).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КОНТАКТНЫХ КАМЕР ХЛОПЬЕОБРАЗОВАНИЯ, ВСТРОЕННЫХ В ОТСТОЙНИКИ

3.4. Площадь контактной камеры хлопьеобразования следует определять по удельной нагрузке в расчете на площадь зеркала воды. Удельная нагрузка Vк, м3/ (м2 × ч) или м/ч, назначается в зависимости от концентрации взвеси С0, мг/л, с учетом минимальных температур воды в водоисточнике: при С0 < 5 Vк = 7 - 10; при С0 = 5 - 10 Vк = 10 - 15; при C0 = 20 - 150 Vк = 15 - 20 (C0 - содержание взвеси в воде, включая образующуюся от коагулянта). Меньшие значения следует принимать для минимальных температур воды. Высота слоя контактной загрузки для вод указанных типов рекомендуется 0,7 м.

3.5. В качестве зернистой контактной загрузки камер хлопьеобразования следует использовать полимерные плавающие материалы типа пенопласта полистирольного марок ПСБ и ПСВ, разрешенных для контакта с питьевой водой, или другие аналогичные материалы.

Крупность зерен загрузки - 30 - 40 мм.

3.6. Гранулы пенопласта необходимой крупности целесообразно получать путем нарезки плит с помощью нагретой электрическим током нихромовой проволоки диаметром 0,8 - 1,0 мм. Плиты из пенопласта полистирольного выпускаются в широком ассортименте промышленностью. Для ускорения процесса получения гранул нужного размера целесообразно нихромовую проволоку в виде решетки натянуть на деревянную раму с теплостойкими прокладками (например, асбестовыми), имеющую те же размеры, что и плита.

3.7. Для предотвращения всплытия гранул пенопласта в контактных камерах следует предусматривать закрепленную удерживающую решетку с прозорами на 10 мм менее минимальных размеров зерен загрузки.

Учитывая незначительную объемную массу пенопласта (в 25 - 50 раз менее, чем воды), удерживающая решетка должна быть рассчитана на выталкивающую силу R, т/м2:

R = (rв - rп) (1 - m) Нр + rв Dhз,                                           (4)

где rв - плотность воды, т/м3;

rп - плотность пенопласта, 0,02 - 0,04 т/м3;

m - пористость загрузки, 0,4 - 0,45;

Нp - высота слоя пенопластовой загрузки, м;

Dhз - расчетный перепад давления в загрузке, м (см. п. 3.9).

В решетке должен быть предусмотрен люк, через который производятся загрузка и выгрузка зернистого материала при необходимости проведения его ревизии. Материалом для решетки могут служить арматурные стержни, уголки и т.п. (для них следует предусматривать противокоррозионное покрытие).

3.8. Для задержания пенопласта при опорожнении отстойников в нижней части камеры должна быть установлена вторая нижняя решетка с ячейками, аналогичными верхней решетке.

3.9. Потерю напора (перепад давления) в слое заиленной зернистой контактной загрузки Dhз принимают равной 0,05 - 0,10 м.

3.10. Промывку контактных камер следует осуществлять обратным током воды при кратковременном выпуске ее без остановки станции. Промывку производят периодически при потере напора в камере выше расчетной (см. п. 3.9).

Периодичность промывки зависит от состояния сетчатых защитных устройств на водозаборе или станции водоподготовки и степени загрязненности исходной воды.

3.11. Контактные камеры хлопьеобразования следует принимать встроенными в вертикальные и горизонтальные отстойники.

3.12. В вертикальных отстойниках контактные камеры располагают в центральной части отстойника. Воду в камеру подают на высоту 0,2 - 0,3 м над контактной загрузкой (черт. 10).

Черт. 10. Вертикальный отстойник с контактной камерой хлопьеобразования

1 - отвод отстоенной воды; 2 - подача исходной воды; 3 - контактная камера хлопьеобразования; 4 - верхняя решетка; 5 - плавающая загрузка; 6 - нижняя решетка; 7 - зона накопления и уплотнения осадка; 8 - удаление осадка

3.13. При осветлении воды в горизонтальных отстойниках контактные камеры располагают в начале отстойников (черт. 11).

Черт. 11. Горизонтальный отстойник с контактной камерой хлопьеобразования

1 - подача исходной воды; 2 - нижняя решетка; 3 - верхняя решетка; 4 - контактная зернистая загрузка; 5 - отвод осветленной воды; 6 - система удаления осадка из отстойника; 7 - люк для ревизии трубопроводов; 8 - система удаления осадка из камеры

3.14. Над камерами хлопьеобразования необходимо предусматривать павильоны шириной не более 6 м.

3.15. Отвод воды из камеры хлопьеобразования в горизонтальный отстойник следует предусматривать над стенкой (затопленный водослив), отделяющей камеру от отстойника, при скорости движения воды не более 0,05 м/с; за стенкой устанавливается подвесная перегородка, погруженная на 1/4 высоты отстойника и отклоняющая поток воды книзу.

3.16. На уровне верхней кромки затопленного водослива закрепляется решетка (см. п. 3.24).

3.17. Распределение воды по площади камеры хлопьеобразования следует предусматривать с помощью перфорированных труб с отверстиями, направленными вниз под углом 45°. Расстояние между осями перфорированных труб следует принимать не более 2 м. Распределительные трубы размещают непосредственно под нижней решеткой, расположенной на расстоянии 1 - 1,2 м от верхней решетки.

3.18. Днище камеры следует выполнять с углом наклона граней 45°, в нижней части сходящихся граней располагают трубы для удаления осадка.

3.19. Для осуществления ревизии дна камеры и трубопроводов подачи воды и отвода осадка в нижней части затопленного водослива, отделяющего камеру от отстойника, следует предусматривать люк.

ПРИМЕНЕНИЕ КОНТАКТНЫХ КАМЕР ХЛОПЬЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ КОРИДОРНЫХ ОСВЕТЛИТЕЛЕЙ СО ВЗВЕШЕННЫМ ОСАДКОМ

3.20. Основные технологические и конструктивные параметры контактных камер при их размещении в осветлителях следует принимать в соответствии с рекомендациями пп. 3.4 - 3.7.

3.21. В отличие от указанных рекомендаций высота слоя зернистой загрузки должна составлять 0,3 - 0,4 м (бóльшие значения - при мутности исходной воды менее 5 мг/л).

3.22. Контактные камеры располагают по всей площади рабочих коридоров осветлителей в их нижней конической части (черт. 12). Решетку для предотвращения всплытия гранул пенопласта закрепляют на расстоянии 0,9 - 1,0 м над перфорированной трубой, подающей воду в осветлитель. Нижняя решетка не требуется.

3.23. При наличии контактных камер хлопьеобразования скорость восходящего потока воды в зоне осветления над слоем взвешенного осадка надлежит принимать на 20 - 30 % более, чем указано в СНиП 2.04.02-84.

3.24. При использовании контактных камер необходимо обеспечить возможность спуска воды из рабочих коридоров осветлителей через распределяющие исходную воду дырчатые трубы, подсоединив их к коммуникациям сброса осадка.

Черт. 12. Осветлитель с контактной камерой хлопьеобразования

1 - подача исходной воды; 2 - контактная камера хлопьеобразования; 3 - зона взвешенного осадка; 4 - отвод осветленной воды; 5 - решетка; 6 - удаление осадка

4. ОТСТОЙНИКИ И ОСВЕТЛИТЕЛИ, ОБОРУДОВАННЫЕ ТОНКОСЛОЙНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

4.1. Отстойные сооружения (вертикальные и горизонтальные отстойники и осветлители со взвешенным осадком), оборудованные тонкослойными элементами, предназначены для осветления природных поверхностных вод малой и средней мутности и цветности на водоочистных станциях систем хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения.

4.2. В сооружениях тонкослойного осветления осаждение взвеси происходит в наклонных элементах малой высоты. При этом обеспечиваются быстрое выделение взвеси и ее сползание по наклонной плоскости элементов в зоны хлопьеобразования и осадкоуплотнения.

4.3. Тонкослойные отстойные сооружения можно применять как при реконструкции действующих отстойников и осветлителей с целью их интенсификации, так и для вновь проектируемых водоочистных станций.

4.4. Рекомендации настоящего Пособия распространяются на сооружения с противоточным движением воды и осадка в тонкослойных элементах.

4.5. Требования к качеству и методам обработки воды, поступающей на сооружения с тонкослойными элементами, аналогичны требованиям для других типов отстойных сооружений. Производительность тонкослойных отстойников и осветлителей не ограничивается.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТОНКОСЛОЙНЫХ ОТСТОЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ

4.6. Тонкослойный вертикальный отстойник (черт. 13) работает следующим образом. Исходная вода, обработанная реагентами, поступает в расположенную в центральной части отстойника камеру хлопьеобразования и затем, после ее прохождения, вместе с образующимися хлопьями проходит последовательно распределительную зону и тонкослойные наклонные элементы. Осветленная вода через сборные желоба отводится из сооружения. Осадок из отстойника сбрасывается через систему удаления осадка.

Черт. 13. Вертикальный отстойник, оборудованный тонкослойными блоками

1 - отвод отстоенной воды; 2 - подача исходной воды; 3 - камера хлопьеобразования; 4 - тонкослойные блоки; 5 - зона распределения воды; 6 - зона накопления осадка; 7 - удаление осадка

4.7. В тонкослойном горизонтальном отстойнике (черт. 14) обработанная реагентами исходная вода поступает во встроенную камеру хлопьеобразования (любого из рекомендуемых действующими нормами типов). Из камеры поток воды, двигаясь горизонтально под блоками и поднимаясь снизу вверх, проходит тонкослойные элементы и поступает в расположенную над ними сборную систему и карман. Накапливающийся в отстойнике осадок периодически сбрасывается через систему удаления осадка.

4.8. Тонкослойный осветлитель (черт. 15) работает следующим образом. Исходная вода, обработанная реагентами, поступает в зоны предварительного хлопьеобразования (взвешенного осадка) и далее через распределительную зону и зону сползающего осадка поступает в тонкослойные элементы. Осветленная вода, пройдя тонкослойные элементы, поступает в сборные устройства и отводится из сооружения. Осадок из зоны его накопления удаляется через перфорированные трубы.

Черт. 14. Горизонтальный отстойник, оборудованный тонкослойными блоками

1 - подача исходной воды; 2 - камера хлопьеобразования; 3 - тонкослойные блоки; 4 - сборные желоба; 5 - карман сбора осветленной воды; 6 - отвод осветленной воды; 7 - зона распределения воды; 8 - зона накопления осадка; 9 - удаление осадка

Черт. 15. Осветлитель, оборудованный тонкослойными блоками

1 - подача исходной воды; 2 - отвод осветленной воды; 3 - тонкослойные блоки; 4 - окна для отвода осадка; 5 - зона сползания осадка; 6 - зона взвешенного осадка; 7 - зона накопления осадка; 8 - удаление осадка

4.9. Тонкослойные элементы или блоки могут выполняться из мягких или полужестких полимерных пленок, соединенных в сотовую конструкцию, или из жестких листовых материалов в виде отдельных полок (черт. 16).

4.10. Размеры в плане отдельных блоков для удобства их монтажа и эксплуатации следует принимать 1 ´ 1 - 1,5 ´ 1,5 м с учетом фактических размеров сооружения. Высоту поперечного сечения тонкослойного ячеистого элемента рекомендуется принимать равной 0,03 - 0,05 м. Ячейки могут быть приняты любой формы, исключающей накопление в них осадка. Угол наклона элементов необходимо принимать 50 - 60° (меньшие значения - для более мутных вод, бóльшие - для маломутных цветных). Длину тонкослойных элементов следует определять специальным расчетом и принимать 0,9 - 1,5 м (см. п. 4.14).

Черт. 16. Конструктивные параметры тонкослойных элементов в блоке

l0 - длина тонкослойного элемента; b0 - ширина тонкослойного элемента; H0 - высота тонкослойного элемента; Н - высота тонкослойного сотоблока; L - длина тонкослойного сотоблока; В - ширина тонкослойного сотоблока

4.11. Установку отдельных блоков в отстойниках и осветлителях следует осуществлять с помощью специальных несущих конструкций, расположенных под или над ними, либо их креплением к элементам сборной системы (желобам, лоткам, трубам) и промежуточным стенкам сооружений. При этом могут быть использованы стальные или полимерные трубы, дерево, арматурная проволока, профилированные конструкции и т.д.

4.12. Необходимо обеспечивать герметичность зазоров между отдельными блоками и внутренними стенками сооружений, например, с помощью резиновых прокладок.

4.13. Сбор осветленной воды из тонкослойных сооружений следует осуществлять по желобам с затопленными отверстиями или открытыми водосливами, например, треугольного профиля, расположенными на расстоянии не более 2 м один от другого.

РАСЧЕТ ТОНКОСЛОЙНЫХ ОТСТОЙНИКОВ И ОСВЕТЛИТЕЛЕЙ

4.14. Расчет технологических и конструктивных параметров сооружений, а также отдельных тонкослойных элементов следует производить по зависимости

.                         (5)

Для удобства расчета формула (5) приведена к виду

                                                 (6)

или ,                                              (7)

где К1 = ;                                                   (8)

К2 = ,                                                        (9)

j - коэффициент, учитывающий влияние гидродинамических условий потока в тонкослойных элементах (см. п. 4.16);

Кф - коэффициент, учитывающий форму поперечного сечения тонкослойных элементов (см. п. 4.19);

Н0 - высота тонкослойного элемента, м;

v0 - средняя скорость потока в тонкослойных элементах, м/ч;

u0 - расчетная скорость осаждения взвеси, м/ч;

a - угол наклона тонкослойных элементов к горизонту, град;

b - коэффициент, учитывающий стесненное осаждение взвеси под тонкослойными элементами;

Каг - коэффициент агломерации, учитывающий влияние осадка, выделяющегося из тонкослойных элементов, на интенсификацию хлопьеобразования (см. п. 4.17);

Кст - коэффициент, учитывающий стеснение сечения потока в тонкослойном элементе сползающим осадком (см. п. 4.17);

Vн - удельная нагрузка или производительность сооружения в расчете на площадь зеркала воды, м3/ (м2 × ч) или м/ч;

К1, К2 - обобщенные расчетные коэффициенты [см. формулы (8) и (9)];

l0 - длина тонкослойного элемента, м;

Ко.и - коэффициент, учитывающий гидравлическое совершенство тонкослойного сооружения и степень его объемного использования - отношение фактического к расчетному времени пребывания воды (см. п. 4.20);

Кк - конструктивный коэффициент, равный отношению фактической открытой для движения воды площади тонкослойных элементов к общей площади зеркала воды отстойного сооружения (см. п. 4.21).

4.15. Расчетная скорость осаждения взвеси должна приниматься в соответствии с опытом эксплуатации сооружений, работающих в аналогичных условиях. При отсутствии такого опыта следует производить технологическое моделирование процессов хлопьеобразования и тонкослойного осаждения с целью определения требуемого значения u0. При невозможности указанного значение u0 определяют по данным СНиП 2.04.02-84.

4.16. Коэффициент j следует определять по данным табл. 7, в которой b0 - ширина тонкослойного элемента, Н0 - высота тонкослойного элемента.

Таблица 7

Характеристика тонкослойного элемента

Значение b0 / Н0

1,0 - 2,5

2,5 - 5,0

5,0 - 10

> 10

Значение j

1,25

1,15

1,05

1,0

4.17. Значение Кст рекомендуется принимать в среднем 0,7 - 0,8 (бóльшие значения - для более мутных вод, меньшие - для маломутных цветных вод).

4.18. Значение произведения b Каг следует принимать равным 1,15 - 1,3 (бóльшие значения - для тонкослойного осветлителя, меньшие - для тонкослойного вертикального отстойника).

4.19. Значение коэффициента формы Кф зависит от фактической формы и конфигурации тонкослойных элементов (ячеек) в поперечном сечении: для сечения прямоугольной формы - 1,0; круглой - 0,785; треугольной - 0,5; шестиугольной - 0,65 - 0,75; при использовании труб и межтрубного пространства - 0,5.

4.20. Величину Ко.и для предварительных расчетов рекомендуется принимать равной 0,6 - 0,75.

4.21. Значение коэффициента Кк следует определять по фактическим данным с учетом толщины материала для тонкослойных элементов. Предварительно рекомендуется принимать его равным 0,70 - 0,95 (бóльшие значения - для тонких пленочных материалов).

4.22. Удельные нагрузки на тонкослойные сооружения, отнесенные к площади, занятой тонкослойными элементами, и с учетом показателей качества воды могут быть приняты по СНиП 2.04.02-84.

4.23. Полученные по расчету размеры тонкослойных элементов и тонкослойных сооружений в целом, а также значения удельных нагрузок надлежит проверить и скорректировать с учетом обеспечения минимального времени между выпусками осадка 6 - 8 ч. При этом высоту защитной зоны для вертикального отстойника следует принять равной 1,5 м, для горизонтального - 1 м.

4.24. Высоту зоны сбора осветленной воды рекомендуется принимать не менее 0,4 - 0,5 м.

4.25. В тонкослойных осветлителях для предотвращения образования зон повышенной концентрации взвеси нижнюю кромку тонкослойных блоков необходимо располагать непосредственно над верхней отметкой осадкоприемных окон.

Примеры расчета тонкослойных элементов сооружений

Пример 1. Расчет вертикального тонкослойного отстойника.

Качество исходной воды: цветность - 100 град; содержание взвеси - 50 мг/л; доза коагулянта - 60 мг/л по безводному продукту; расчетная скорость осаждения взвеси - 0,3 мм/с » 1,08 м/ч.

Тонкослойные элементы прямоугольного сечения имеют размеры в плане 0,05 ´ 0,05 м (высота ´ ширина) и угол наклона 60° при значениях Кк = 0,75 Ко.и = 0,7.

По расчету объема зоны накопления осадка и периода межпродувочного цикла значение нагрузки на сооружения по условиям накопления взвеси принято не более 4 м/ч.

Длина тонкослойных элементов определяется по формулам (7) - (9):

;

;

 м.

Принимаем длину тонкослойных элементов равной 0,8 м при нагрузке 4 м/ч.

Пример 2. Расчет тонкослойного осветлителя.

Качество исходной воды: цветность - 20 град; содержание взвеси - 500 мг/л; доза коагулянта - 50 мг/л; расчетная скорость осаждения взвеси - 0,40 мм/с » 1,44 м/ч.

Тонкослойные элементы такие же, как в примере 1 (за исключением угла наклона, равного 55°).

Значения конструктивного коэффициента и коэффициента объемного использования принимаются соответственно Кк = 0,7 и Ко.и = 0,6.

С учетом реконструкции существующих осветлителей и их фактических размеров установлено, что нагрузка на сооружения не может быть более 6 м/ч, а высота тонкослойных элементов - 1,2 м.

Используем формулы (6) - (9):

 м/ч;

 м;

;

Принимаем удельную нагрузку равной 6 м/ч и длину тонкослойных элементов 1,0 м.

5. НАПОРНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СМЫВА ОСАДКА В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ОТСТОЙНИКАХ

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

5.1. Система предназначена для удаления осадка из горизонтальных отстойников открытого и закрытого типов после отключения отстойников с помощью напорных струй воды без применения ручного труда.

5.2. Гидросмыв наиболее целесообразно применять при наличии малоподвижных осадков, образующихся в условиях очистки мутных вод и характеризующихся содержанием взвеси не более 1500 мг/л.

5.3. Высота слоя осадка в отстойнике должна быть не более 1 - 1,5 м.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ

5.4. Система (черт. 17) включает в себя устройства для подачи воды и отвода размытого осадка.

Подача воды производится с помощью насоса, коллекторов, разводящих труб и специальных насадок. Отвод воды с осадком осуществляется с помощью лотков, устроенных в днище отстойника, и далее по трубам в приемный резервуар сооружений по обработке промывных вод и осадков.

Черт. 17. Система гидравлического смыва осадка в горизонтальных отстойниках

1 - насос для подачи воды; 2 - подводящие трубы; 3 - коллектор; 4 - разводящие трубы; 5 - патрубки с насадками; 6 - лотки

5.5. Для смыва осадка надлежит использовать сырую воду или воду из верхней части отстойника, сбрасываемую перед его очисткой в специальный запасной резервуар.

5.6. Управление системой осуществляют с помощью задвижек, установленных на напорном и всасывающем трубопроводах насоса.

Перед пуском системы в работу закрывают задвижку на трубопроводе, подающем обрабатываемую воду в отстойник, открывают задвижку на канализационном трубопроводе и производят опорожнение отстойника примерно на 2/3 его высоты. Затем открывают задвижку на напорном трубопроводе, подающем воду в систему удаления осадка, и включают насос. При этом осадок, накопившийся в отстойнике, взмучивается, происходят его смыв и удаление одновременно с опорожнением отстойника.

Выключение системы производят через 3 - 5 мин после полного опорожнения отстойника. Ориентировочно время удаления осадка составляет 30 - 40 мин.

5.7. Коллектор напорной системы следует размещать при длине отстойника, м:

40 - 45 - в начале разводящих труб;

60 - в средней его части с симметричным (по отношению к коллектору) расположением разводящих труб;

90 - в средней части отстойника надлежит устраивать два коллектора, при этом отстойник делится на две симметричные секции и в каждый коллектор подается вода от насоса по отдельной трубе.

5.8. Разводящие трубы следует укладывать по дну отстойника. При ширине отстойника до 4,5 м необходимы две нитки труб, прокладываемых вдоль стен отстойника. Лоток для сбора осадка и промывной воды размещают в этом случае по оси отстойника.

При ширине отстойника, равной 6 м, устанавливают три ряда разводящих труб, один из которых размещают по оси отстойника (в этом случае в отстойнике устраивают два отводящих лотка посредине между разводящими трубами).

5.9. Разводящие стальные трубы следует выполнять с переменным (телескопическим) сечением, что увеличивает равномерность распределения воды и позволяет снизить расход металла. Переход с одного диаметра труб на другой надлежит предусматривать посредине длины участка. Для предотвращения заиления пространство под трубами заливают бетоном (марки не ниже 200) и устраивают откосы.

5.10. На каждой разводящей трубе (на трубах, лежащих у стен, - с одной стороны, на центральных - с обеих сторон) вваривают стальные патрубки диаметром 32 мм под углом 45° к оси отстойника по ходу движения осадка при смыве. Патрубки имеют резьбу, на которую наворачивают соединительные части (типа футорки). В соединительные части ввинчивают и закрепляют (с помощью контргаек) бронзовые насадки длиной 50 - 60 мм, наружным диаметром 16 - 18 мм и внутренним - 10 мм. Входные и выходные кромки насадки скругляют.

Расстояния между патрубками с насадками - 1 м, а на последней четверти длины труб - 1,5 м.

5.11. Насадки на разводящих трубах, находящихся у противоположных стен отстойника и в центре, должны быть расположены в шахматном порядке, чтобы факелы соседних и противоположных струй сливались и частично пересекались. На трубах в конце отстойника наваривают стальные заглушки.

РАСЧЕТ СИСТЕМЫ СМЫВА ОСАДКА

5.12. Расчет системы смыва осадка производят, исходя из получения в расчетном сечении отстойника размывающей скорости струи vс = 0,5 - 0,8 м/с (в зависимости от плотности и прочности осадка).

5.13. Скорость осевой компактной струи vс, м/с, в пределах основного потока для затопленной симметричной струи определяют, исходя из соотношения

,                                                               (10)

где s - экспериментальная константа, равная 0,075;

l - расстояние от насадки до расчетного сечения (в данном случае - до приемной канализационной трубы или лотка), м;

ro - радиус отверстия насадки, м;

v0 - начальная скорость струи на выходе из насадки, м/с.

Внутренний радиус насадки ro принимается равным 0,005 м; расстояния от насадки до расчетного сечения l, м, равны:

для отстойников шириной 4,5 м                           2,25

«               «                 «           6,0 м                          1,50

Тогда из формулы (10) начальная скорость на выходе из насадки будет: при l = 2,25 м v0 = 35,5 vc м/с; при l = 1,50 м v0 = 23,7 vc м/с.

5.14. Расход qн, м3/с, через насадку определяется по формуле

qн = w vо,                                                             (11)

где w - площадь сечения отверстия насадки, м2.

Для принятого диаметра насадки 10 мм получим w = 78,5 × 10-6 м2, тогда qн = 78,5 × 10-6vо, м3/с.

5.15. Напор hн, м, необходимый для получения начальной скорости, определяется по формуле

,                                                    (12)

где m - коэффициент расхода, принимаемый равным 0,59 - 0,64;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

hг - рабочая высота столба воды в отстойнике при промывке, м.

5.16. Расчетные расходы воды для каждого участка разводящих труб определяют в зависимости от числа насадок на нем и расхода воды, проходящего через одну насадку.

5.17. Диаметр труб и скорость движения воды в них определяют по вычисленным значениям расходов. При этом скорость движения воды в трубах не должна превышать 1,5 м/с.

Проверку расчетных и конструктивно принятых параметров следует производить по формуле

,                                        (13)

где Lкр - критическая длина дырчатой трубы, при которой потеря напора полностью компенсируется восстановлением скоростного напора, м;

l - коэффициент сопротивления трению по длине, равный для стальных труб 0,03 - 0,02;

d - диаметр дырчатой трубы, м;

n - число отверстий (насадок).

Для упрощения расчетов критическую длину дырчатой трубы Lкр по формуле (13) допускается определять для суженной ее части.

5.18. Диаметры коллекторов и подводящей трубы следует определять исходя из приходящихся на них расходов воды и скорости ее движения, принимаемой 0,8 - 1,2 м/с.

Напор промывного насоса h, м, надлежит определять по формуле

h = hн + 1,1 hl,                                                             (14)

где hн - напор у насадки, определяемый по формуле (12),

hl - сумма потерь напора на отдельных участках труб, м.


Таблица 8

Размеры отстойников, м

Параметры системы гидросмыва осадка

диаметр подводящих труб и коллектора, мм

число разводящих труб, шт.

диаметры телескопических труб, мм

число насадок, шт.

расстояние от насадки до расчетного сечения, м

скорость струи в расчетном сечении, м/с

расход воды, л/с

длина

ширина

центральных

боковых

центральных

боковых

бокового трубопровода

центрального трубопровода

всей системы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

40

4,5

300

-

2

-

2,26

0,54

60

-

120

45

6,0

400

1

2

1,51

0,82

67,5

135

270

60

6,0

450

1

2

1,51

0,82

90

180

360

90

6,0

2 × 400
(2 секции)

2

4

1,51

0,82

67,5

135

2 × 270

Примечания: 1. В гр. 6 и 7 над чертой указаны диаметры телескопических напорных труб на начальном, под чертой - на конечном участках.

2. В гр. 8 над чертой первая цифра - число боковых труб, вторая - число насадок на них, под чертой первая цифра - число центральных труб, вторая - число насадок на них.

3. Основные параметры системы указаны ориентировочно. В каждом конкретном случае следует производить расчет системы и выбор насосов исходя из местных условий.


5.19. Расчетные параметры системы гидравлического удаления осадка в зависимости от размеров наиболее часто применяемых отстойников приведены в табл. 8.

5.20. Система удаления воды и осадка должна быть рассчитана на пропуск воды, сбрасываемой из отстойника и подаваемой насосами.

6. ФЛОТАЦИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

6.1. Флотационные сооружения надлежит применять для предварительного осветления и обесцвечивания природной водой перед подачей ее на фильтры. Они могут быть использованы как при новом строительстве, так и при реконструкции существующих водоочистных станций.

6.2. Наиболее эффективная область применения флотационных сооружений - осветление вод поверхностных источников (озер, водохранилищ, рек и т.п.) с небольшим количеством мелкодисперсных взвешенных веществ (не более 150 мг/л) и повышенной цветностью (до 200 град) при содержании фитопланктона и плавающих нефтепродуктов.

6.3. Возможность и целесообразность использования флотационного осветления воды в каждом конкретном случае должны быть обоснованы технологическими испытаниями, произведенными в характерные периоды года по методике, приведенной в пп. 6.16 - 6.20.

Количество взвешенных веществ в воде после флотационных сооружений не должно превышать 10 мг/л.

6.4. Преимущества флотационных сооружений по сравнению с другими сооружениями предварительного осветления (осветлителями со взвешенным осадком, отстойниками) заключаются в следующем:

значительно ускоряется процесс выделения взвеси из воды, благодаря чему уменьшается общий объем очистных сооружений;

улучшается их санитарное состояние вследствие постоянного удаления выделенных загрязнений;

более эффективно удаляется фитопланктон, что в большинстве случаев позволяет отказаться от установки микрофильтров;

удаляются из воды плавающие и плохооседающие примеси.

СОСТАВ СООРУЖЕНИЙ, ИХ УСТРОЙСТВО И РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

6.5. Очистные сооружения с флотационным осветлением воды имеют тот же состав основных и вспомогательных сооружений, что и обычные станции двухступенчатого осветления, за исключением отстойников или осветлителей со взвешенным слоем осадка, заменяемых флотационными установками.

6.6. В составе флотационных сооружений необходимо предусматривать флотационные камеры, узел подготовки и распределения водовоздушного раствора, устройства для удаления и отвода флотационной пены.

Перед осветлением воды флотацией надлежит предусматривать камеры хлопьеобразования, совмещенные с флотационными камерами.

Схема флотационных сооружений представлена на черт. 18.

Черт. 18. Флотационная установка

1 - подача исходной воды с реагентами; 2 - отвод осветленной воды; 3 - флотационная камера; 4 - лотки для сбора пены; 5 - распределительная система; 6 - напорный бак; 7 - насос; 8 - компрессор; 9 - подача воды, насыщенной воздухом; 10 - камера хлопьеобразования

6.7. Флотационная камера (круглая или прямоугольная в плане) должна рассчитываться на удельную нагрузку 6 - 8 м3/ч на 1 м площади.

Глубина слоя воды во флотационной камере должна быть 1,5 - 2,5 м. Длина флотационной камеры выбирается равной 3 - 9 м, ширина - не более 6 м, отношение ширины к длине - 2/3 - 1/3.

6.8. Во входной части флотационной камеры надлежит устанавливать струенаправляющую перегородку с наклоном 60 - 70° к горизонтали в сторону движения воды в камере.

6.9. Скорость входа обрабатываемой воды во флотационную камеру должна быть не более скорости выхода ее из камеры хлопьеобразования. Скорость движения воды над струенаправляющей перегородкой следует принимать 0,016 - 0,02 м/с.

6.10. Сбор осветленной воды во флотационной камере необходимо осуществлять равномерно по ее ширине или окружности из нижней части камеры с помощью подвесной стенки и направлять поток вверх (к отводу воды из камеры), или с помощью отводящей системы из перфорированных труб. Скорость движения воды под подвесной стенкой или в отверстиях отводящих дырчатых труб принимается 0,9 - 1,2 м/с.

6.11. Днище флотационной камеры должно иметь уклон 0,01 к трубопроводу для опорожнения.

6.12. Подготовку водовоздушного раствора следует осуществлять путем насыщения воды воздухом под давлением 0,6 - 0,8 МПа в специальных напорных емкостях. Для приготовления водовоздушного раствора надлежит использовать воду после фильтров.

Расход воды следует принимать 8 - 10 % расхода очищаемой воды.

Подача воздуха в напорную емкость должна осуществляться от автоматизированной компрессорной установки.

Расход воздуха должен составлять 0,9 - 1,2 % расхода очищаемой воды.

Примечание. Напорная емкость должна иметь внутреннее антикоррозионное покрытие, оборудоваться предохранительным клапаном и выполняться в соответствии с требованиями, предъявляемыми к сосудам, работающим под давлением.

6.13. Отвод водовоздушного раствора от напорной емкости к флотационным камерам следует производить по стальному трубопроводу. Потери напора в нем не должны превышать 0,8 - 1,0 м.

На трубопроводе допускается установка только отключающей арматуры.

6.14. Для равномерного распределения водовоздушного раствора в объеме обрабатываемой воды и для создания условий, обеспечивающих получение мелких воздушных рабочих пузырьков, во флотационной камере надлежит устраивать распределительную систему, состоящую из дырчатого трубопровода и расположенного под ним кожуха, выполненного из материала, стойкого к кислородной коррозии. Распределительную трубу следует устанавливать во входной части флотационной камеры (в отсеке, образованном ее торцевой стенкой и струенаправляющей перегородкой) на расстоянии 250 - 350 мм от дна камеры. Скорость выхода водовоздушного раствора из отверстий распределительной системы надлежит принимать равной 20 - 25 м/с, диаметр отверстий - 5 - 8 мм. Отверстия следует располагать равномерно в один ряд по нижней образующей трубы. Днище защитного кожуха размещают под отверстиями распределительной системы на расстоянии 80 - 100 мм.

В конце распределительного трубопровода следует устанавливать вентиль или кран для промывки распределительной системы.

6.15. Удаление пены с поверхности воды во флотационной камере должно быть осуществлено кратковременным подъемом уровня воды с отводом ее через подвесные лотки, расположенные равномерно по площади камеры, или с помощью скребковых механизмов, перемещающих пену к сборным лоткам.

Верхние кромки лотков необходимо располагать на одной общей отметке на 10 - 15 мм выше уровня воды во флотационной камере.

Днища лотков следует выполнять с уклоном 0,025 в сторону отвода пены.

Потери воды при сбросе пены подъемом уровня воды следует принимать 1,0 - 1,5 % расхода обрабатываемой воды.

При удалении пены скребковыми механизмами скорость перемещения скребков в прямоугольных камерах следует принимать не более 0,02 м/с, в круглых - окружную скорость 0,015 - 0,02 м/с при частоте вращения скребков 5 - 10 об/с.

Обработку пены, удаляемой одновременно с частью обрабатываемой воды, необходимо производить аналогично обработке осадка, сбрасываемого из отстойников или осветлителей со взвешенным осадком, в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84.

МЕТОДИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ МЕТОДОМ НАПОРНОЙ ФЛОТАЦИИ

6.16. С целью определения возможности применения напорной флотации для предварительного осветления воды конкретного водоисточника и получения основных расчетных параметров для расчета флотационных установок производятся технологические исследования на специальной лабораторной установке (черт. 19).

Черт. 19. Установка для проведения технологического анализа воды

1 - компрессор; 2 - вентиль воздушный; 3 - манометр; 4 - напорный бак; 5 - игольчатый вентиль водовоздушного раствора; 6 - флотационная колонка; 7 - электропривод; 8 - пробоотборники; 9 - мешалка; 10 - вентиль опорожнения флотационной колонки; 11 - вентиль сброса избытка воздуха

6.17. Лабораторная установка состоит из следующих основных элементов:

флотационной колонки, выполненной из прозрачной пластмассовой трубы диаметром 60 - 70 мм, высотой 400 - 600 мм, имеющей деления по высоте и оборудованной перемешивающим устройством, вентилями и пробоотборниками;

напорного бака для подготовки водовоздушного раствора вместимостью 2 л, выполненного из стального сосуда, рассчитанного на рабочее давление 0,8 - 0,9 МПа и оборудованного предохранительной запорной арматурой и манометром;

лабораторного компрессора, рассчитанного на подачу сжатого воздуха под давлением до 0,8 - 0,9 МПа.

Примечания: 1. Вместо компрессора могут быть использованы баллон со сжатым воздухом, оборудованный редуктором, понижающим давление до рабочего, или другие источники сжатого воздуха.

2. Напорный бак и его соединительные коммуникации выполняют и испытывают в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» Госгортехнадзора СССР.

6.18. Для проведения технологических исследований необходимо кроме лабораторной установки иметь исходную воду в объеме 10 - 12 л и рабочие растворы реагентов (коагулянта, хлора, извести и т.д.).

6.19. Технологические исследования следует производить в такой последовательности (см. черт. 19):

1) производится выбор доз реагентов в отдельных цилиндрах по общепринятой методике пробного коагулирования для двухступенчатой очистки воды;

2) до начала работы на установке предварительно подготавливается водовоздушный раствор. До этого в напорный бак 4 через флотационную колонку 6 и трубопровод с вентилем 5 заливается 1 - 1,5 л чистой водопроводной воды, после чего вентиль 5 закрывается, включается компрессор 1 и открывается подача воздуха в напорный бак через вентиль 2. С помощью сбросного вентиля 11 по манометру 3 устанавливается рабочее давление, равное 0,5 - 0,8 МПа. При этом избыток воздуха сбрасывается через вентиль 11 (время растворения воздуха в воде должно быть не менее 10 - 12 мин);

3) в отдельный цилиндр наливается 1 л исходной воды, в которую вводятся реагенты согласно выбранным дозам. Производится тщательное перемешивание реагентов с водой;

4) после перемешивания обрабатываемая вода переливается во флотационную колонку 6, которая заполняется на 60 - 70 % ее объема. Вентили 5 и 10 при этом должны быть закрыты;

5) включается в работу электропривод 7, который приводит во вращение мешалку 9 с лопастями (скорость вращения мешалки должна быть 15 - 20 об/мин), что способствует образованию хлопьев гидроксидов;

6) после образования хорошо сформированных крупных, но неоседающих хлопьев гидроксидов в исходную воду через игольчатый вентиль 5 вводится предварительно подготовленный водовоздушный раствор в количестве от 5 до 20 % объема исходной воды. При этом в нижней части флотационной колонки должны появиться мелкие пузырьки воздуха, равномерно распределяющиеся в обрабатываемой воде по всей площади колонки;

7) отбор проб производят через пробоотборники 8 с определенной высоты с интервалом 1 - 1,5 мин до получения воды постоянного качества. Качество исходной и осветленной воды определяется общепринятыми методами.

В конце флотационного осветления замеряется толщина слоя образованной пены и проводится визуальное наблюдение за ее структурой и плотностью;

8) по окончании технологических исследований вода из флотационной колонки 6 сбрасывается через вентиль 10 и колонка промывается чистой водопроводной водой.

В указанной последовательности следует производить технологические исследования другим сочетанием приемлемых доз реагентов, давлений и расходов водовоздушного раствора.

6.20. Оптимальные параметры давления и расхода водовоздушного раствора надлежит определять по результатам технологических исследований, учитывая высоту слоя воды и время ее нахождения во флотационной колонке, позволяющие получить необходимую степень осветления воды. Необходимость в установке микрофильтров следует определять по эффективности содержания фитопланктона.

Пересчет рабочей высоты флотационной камеры и времени флотации производят по формуле

,                                                              (15)

где T1 - время флотации во флотационной колонке;

T2 - расчетное время во флотационной камере;

H1 - высота слоя воды, в котором произошло осветление до требуемой степени за время Т1;

Н2 - расчетная высота слоя воды во флотационной камере;

d - показатель степени, принимаемый равным: 0,45 - для маломутных, малоцветных вод; 0,55 - для вод средней мутности и цветных вод; 0,65 - для высокоцветных вод.

7. ВОДОВОЗДУШНАЯ ПРОМЫВКА ФИЛЬТРОВАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

7.1. Водовоздушная промывка предназначается для удаления из зернистой фильтрующей загрузки загрязнений, задержанных во время рабочего цикла.

В Пособии рассматривается применение водовоздушной промывки только в наиболее распространенных типах фильтровальных сооружений, используемых для осветления и обесцвечивания воды поверхностных источников с применением коагулянтов.

7.2. При применении соответствующих устройств для подачи воды и воздуха (см. пп. 7.12 - 7.16) водовоздушная промывка может быть использована в фильтровальных сооружениях с нисходящим и восходящим потоками обрабатываемой воды.

7.3. Водовоздушная промывка может быть рекомендована только для сооружений с загрузкой из кварцевого песка и других аналогичных материалов, имеющих достаточно высокую плотность и прочность и способных противостоять флотирующему и истирающему действию водовоздушного потока.

Примечание. В сооружениях хозяйственно-питьевого водоснабжения допускается применять только те загрузочные материалы, на которые имеется соответствующее разрешение Минздрава СССР или союзных республик.

7.4. Площади отдельных фильтровальных сооружений, промываемых водой и воздухом, следует принимать до 40 м2 на одно отделение (80 м2 - при сооружениях, состоящих из двух отделений). Бóльшие площади допускаются при соответствующем экспериментальном обосновании.

ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ, ОСОБЕННОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА

7.5. Водовоздушную промывку надлежит осуществлять при подаче в загрузку воды и воздуха в направлении снизу вверх.

7.6. Водовоздушная промывка обладает более сильным действием, чем водяная, и это дает возможность получить высокий эффект отмывки загрузки при небольших расходах промывной воды, в том числе и таких, при которых взвешивания загрузки в восходящем потоке не происходит.

Эта особенность водовоздушной промывки позволяет:

примерно в 2 раза сократить интенсивность подачи и общий расход промывной воды;

соответственно снизить мощность промывных насосов и объемы сооружений для запаса промывной воды, уменьшить размеры трубопроводов для ее подачи и отвода;

уменьшить объемы сооружений по обработке сбросных промывных вод и содержащихся в них осадков.

СИСТЕМА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОТВОДА ВОДЫ ОТ ПРОМЫВКИ

7.7. При использовании водовоздушной промывки надлежит применять горизонтальный отвод промывной воды, схема которого показана на черт. 20.

Черт. 20. Горизонтальный отвод промывной воды

1 - струенаправляющий выступ; 2, 3 - поверхности выступа; 4 - отбойная стенка желоба; 5 - пескоулавливающий желоб; 6 - щель между отбойной и водосливной стенками; 7 - водосливная стенка желоба; а - 15 - 20 мм; б - 20 - 30 мм; в - 30 - 40 мм

7.8. Высота слоя воды в надзагрузочном пространстве сравнительно невелика, что позволяет при малых расходах получить в нем достаточную скорость горизонтального движения воды для быстрого и полного удаления вымываемых из загрузки загрязнений. Наклонная поверхность струенаправляющего выступа, стесняя поток, увеличивает его транспортирующую способность на начальном участке пути движения воды.

7.9. Пескоулавливающий желоб устроен с учетом предотвращения попадания в него воздуха. Выносимые потоком в зону желоба отдельные частицы песка оседают на наклонные стенки и, сползая по ним через нижнюю щель, снова поступают в загрузку.

7.10. Основные расчетно-конструктивные параметры системы горизонтального отвода воды зависят от удельного расхода воды q, л/ (м × с), определяемого по формуле

q = Wпр b,                                                                  (16)

где Wпp - интенсивность подачи промывной воды, л/ (с × м2);

b - ширина фильтра (длина горизонтального пути движения потока воды), м.

Для расчета системы следует принимать интенсивность подачи воды, принятую для второго этапа промывки, т.е. при совместной подаче воды и воздуха (см. п. 7.11).

Размеры основных элементов системы приведены в табл. 9 и на черт. 20.

Таблица 9

Разность отметок, мм

Расход воды на 1 м ширины водослива, л/ (м × с)

10

15

20

25

Между верхней и нижней кромками водосливной стенки Н1

170

210

260

320

Между верхними кромками водосливной и отбойной стенок Н2

20

20

20

25

РЕЖИМ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОМЫВКИ

7.11. Водовоздушную промывку, как правило, следует осуществлять в три этапа:

1-й - подача в загрузку воздуха для частичного разрушения скоплений взвеси в загрузке и выравнивания ее сопротивления по площади сооружения;

2-й - подача воздуха и воды с целью более полного разрушения скоплений взвеси и выноса основной массы загрязнений из загрузки;

3-й - подача воды (с большей, чем на 2-м этапе, интенсивностью) для удаления из загрузки защемленного в порах воздуха и восстановления ее пористости.

Примечание. В тех случаях, когда основная масса загрязнений задерживается в верхних слоях фильтрующей загрузки, и при малой прочности скоплений взвеси может оказаться приемлемой двухэтапная промывка, включающая 1-й и 3-й этапы, что должно быть проверено в процессе эксплуатации сооружений.

Интенсивность подачи воды и воздуха и продолжительность отдельных этапов промывки зависят от прочности скоплений взвеси в загрузке и крупности ее зерен. Для средних условий и при эквивалентном диаметре зерен 0,7 - 1,3 мм ориентировочные параметры промывки могут быть приняты в соответствии с данными табл. 10.

Таблица 10

Показатель

Этапы промывки

1

2

3

Интенсивность подачи, л/ (с × м2)

 

 

 

воды

-

2,5 - 3,5

5 - 7

воздуха

15 - 20

15 - 20

-

Продолжительность этапа, мин

1 - 2

4 - 7

5 - 7

Примечания: 1. Более крупным загрузкам соответствуют бóльшие значения интенсивности подачи воды и воздуха.

2. Параметры промывки подлежат уточнению в процессе эксплуатации сооружений.

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ И ВОЗДУХА

7.12. Распределение воды и воздуха можно производить с помощью специальных колпачков или по перфорированным трубам. В данном Пособии приведены сведения, касающиеся использования только перфорированных труб для подачи воды и воздуха.

7.13. Схема трубчатых систем подачи воды и воздуха показана на черт. 21. Системы состоят из магистрали и коллектора (в виде канала или трубы) для подачи воды, а также из дырчатых труб для ее распределения по площади сооружения. Воздух подается и распределяется по магистрали (на черт. 21 не показана), коллектору и дырчатым трубам.

Черт. 21. Трубчатые системы для подачи воды и воздуха

1 - магистраль для распределения воды; 2 - коллектор для распределения воды; 3 - дырчатые трубы для распределения воды; 4 - дырчатые трубы для распределения воздуха; 5 - коллектор для распределения воздуха

7.14. Отверстия в трубах, распределяющих воду и воздух, могут быть круглыми (когда фильтровальное сооружение имеет гравийные слои в нижней части) или щелевидными (при безгравийной загрузке).

Щелеванные трубы (обычно полиэтиленовые) имеют щели шириной 0,5 мм, и во избежание засорения их надлежит применять только в сооружениях с нисходящей фильтрацией в условиях, когда исключены коррозия подводящих труб и возможность попадания в трубы продуктов коррозии и других механических примесей с промывной водой и воздухом.

Приведенные соображения должны быть приняты во внимание также в отношении колпачков с узкими щелями.

7.15. Расчет и конструирование трубчатых систем для подачи и распределения воды следует производить исходя из следующих условий:

диаметр распределительных (перфорированных) труб определяется исходя из скорости движения воды на входе в них при 3-м этапе промывки, равной 1,5 - 2,0 м/с. При этом расстояния между осями труб следует принимать 250 - 350 мм (меньшие расстояния - для труб меньшего диаметра);

трубы следует укладывать на высоте 120 - 150 мм от дна фильтра до низа труб, точно посредине между трубами для подачи воздуха.

При применении круглых отверстий суммарная их площадь должна составлять 0,18 - 0,22 % площади сооружения. При этом отверстия располагаются в один ряд по нижней образующей труб (диаметр отверстий 10 - 12 мм, расстояния между их осями 120 - 160 мм).

При применении щелеванных полиэтиленовых труб их конструкцию и способ щелевания следует принимать в соответствии с разработками треста Мосводопровод и Мосводоканалниипроекта. Следует учитывать, что при выполнении монтажа перфорированных труб для распределения воды отклонения в расстояниях между осями труб в горизонтальной плоскости должны быть не более ± 10 мм, в вертикальной - не более ± 5 мм.

7.16. Для распределения воздуха следует применять полиэтиленовые трубы со стенкой толщиной, обеспечивающей их жесткость и прямолинейность. Трубы, поставляемые в бухтах, применять не рекомендуется.

Отверстия или щели в трубах (см. п. 7.14) надлежит располагать в шахматном порядке по двум образующим под углом 45° к вертикали при направлении их вниз.

Щели необходимо нарезать перпендикулярно оси трубы. Они должны иметь ширину 0,5 мм и длину (по внутренней поверхности трубы, т.е. в свету) 15 - 25 мм (в зависимости от диаметра трубы).

Круглые отверстия должны иметь диаметр 3 - 5 мм.

В каждом ряду отверстия или щели надлежит располагать на расстоянии 100 - 180 мм одни от других.

Отверстия и щели должны быть по всей площади фильтра, включая и пристенные участки.

На краевых участках фильтра надлежит укладывать трубы для распределения воздуха, а не для распределения воды.

7.17. Полиэтиленовые трубы для распределения воздуха необходимо укладывать строго горизонтально непосредственно на днище или на подкладках высотой 10 - 30 мм.

Должно быть обеспечено весьма надежное крепление труб к днищу. Возможные способы крепления труб показаны на черт. 22 и 23.

Черт. 22. Крепление распределительных труб для подачи воздуха с помощью кондуктора

1 - трубы для подачи воздуха; 2 - резиновая прокладка; 3 - кондуктор; 4 - трубы для подачи воды; 5 - крепление кондуктора к днищу; 6 - подкладка

Черт. 23. Крепление распределительных труб для подачи воздуха с помощью хомутов

1 - днище; 2 - швеллер, закладываемый в днище; 3 - хомут; 4 - резиновая трубка; 5 - труба для подачи воздуха; 6 - подкладка

Расстояния между креплениями должны предотвращать возможность изгиба труб в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Элементы крепления труб не должны закрывать отверстия в них.

Концы труб должны быть заварены заглушками, утапливаемыми внутрь трубы на 10 - 15 мм. Для упора заглушек через оставшиеся свободными торцы труб следует пропускать 2 - 3 шпильки диаметром по 3 - 5 мм.

Для компенсации теплового расширения труб расстояние между их концами и стенкой фильтра должно быть 20 - 30 мм.

Конструкция системы должна обеспечивать возможность монтажа труб с высокой точностью. Отклонения верха труб от горизонтальной плоскости (проверяются по уровню воды) допускаются не более ± 3 мм, отклонения осей труб в плане - не более ± 10 мм.

7.18. Во время рабочего цикла трубы системы подачи воздуха должны быть заполнены водой. Для обеспечения выдавливания воды из системы во время промывки коллектор воздушной системы должен располагаться выше распределительных труб. Имеются примеры устройства отдельных коллекторов для каждого отделения фильтра с расположением в нижней части (см. черт. 21), а также над струенаправляющим выступом и внутри его.

Должна быть обеспечена надежная и прочная стыковка труб распределительной системы с коллектором. Коллектор рекомендуется выполнять в виде стальной трубы с приваренными вблизи нижней образующей отводами (коленами под углом 90°); соединение полиэтиленовых распределительных труб с коленами следует производить, насаживая на них разогретые концы труб (см. черт. 21).

7.19. Магистральный воздуховод должен располагаться на отметке, исключающей возможность попадания в него воды во время остановки воздуходувного агрегата. С учетом давления, имеющегося в нижней части загрузки во время промывки, магистральный трубопровод надлежит располагать на 3 - 4 м выше зеркала воды в фильтровальном сооружении во время промывки.

Магистраль должна соединяться с коллектором воздушной распределительной системы с помощью вертикального стояка. Во избежание образования воздушных мешков на присоединениях следует избегать длинных горизонтальных участков. На стояке устанавливается запорная арматура.

Стояк надлежит присоединять к коллектору со стороны торца. С этой целью труба коллектора пропускается через стенку фильтра и за его пределами соединяется со стояком, подводящим воздух к фильтру.

При различном диаметре труб коллектора и стояка переход с одного диаметра на другой должен производиться за пределами фильтра.

При наличии двух отделений фильтра с самостоятельными коллекторами, как правило, следует устанавливать один стояк с запорной арматурой и симметричными ответвлениями для присоединения к коллекторам.

7.20. Приближенный расчет системы подачи и распределения воздуха может быть произведен исходя из следующих данных: скорость выхода воздуха из отверстий труб распределительной системы должна быть равной 45 - 50 м/с, на входе в трубы распределительной системы - 13 - 17, на входе в коллектор - 7 - 10 м/с, при этом две последние скорости находятся в обратных соотношениях (т.е. бóльшим скоростям в трубах соответствуют меньшие скорости в коллекторе и наоборот).

Скорость движения воздуха в магистральных трубопроводах следует принимать равной 18 - 25 м/с.

Указанные расчетные параметры систем подачи и распределения воздуха приняты при атмосферном давлении, поэтому расчет указанных систем следует производить без учета сжатия воздуха.

Параметры распределительных труб и коллектора могут быть проверены, руководствуясь указаниями п. 7.26.

ВОЗДУХОДУВНОЕ УСТРОЙСТВО

7.21. Воздуходувное устройство должно обеспечивать как пусковой, так и промывочный режим работы системы.

При пусковом режиме (от момента пуска воздуходувного устройства до момента прорыва воздуха из отверстий распределительной системы) давление в системе максимальное, а расход воздуха минимальный. Этот расход связан со сжатием воздуха в системе его подачи и выдавливанием воды из распределительной системы, при этом воздух может нагреваться. После прорыва воздуха через фильтрующую загрузку давление в системе его подачи падает, а расход увеличивается и должен быть доведен до расчетного, определяемого как произведение интенсивности подачи воздуха на площадь единовременно промываемых сооружений.

7.22. Как пусковое, так и рабочее давление воздуха зависит от многих факторов (в том числе и от степени заиления фильтрующей загрузки), не поддающихся точному учету.

Условно могут быть приняты следующие расчетные параметры подачи воздуха:

пусковой режим - давление в системе равно удвоенной высоте столба воды в фильтровальном сооружении (считая от его дна), расход воздуха составляет 5 - 10 % расчетного;

рабочий режим (во время промывки) - расход воздуха равен расчетному, а давление - сумме потерь напора в системе и высоте столба воды в сооружении. Потери напора в системе подачи воздуха следует определять расчетом. Ориентировочно они могут быть приняты равными 1 м.

При подборе воздуходувного оборудования давление при пусковом и рабочем режимах следует принимать с запасом, равным 0,005 МПа.

7.23. Для возможности подбора (при эксплуатации) оптимальных условий работы воздуходувных устройств на напорной линии необходимо устанавливать сбросный патрубок с запорной арматурой, дроссель (или автоматическое устройство) для поддержания оптимального давления на воздуходувном устройстве, запорную арматуру, а также измеритель расхода воздуха.

7.24. Должен быть предусмотрен резервный воздуходувный агрегат.

7.25. На воздуходувный агрегат следует подавать чистый наружный воздух, прошедший предварительно механические фильтры.

РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ВОЗДУХА В ФИЛЬТРОВАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЯХ С ВОДОВОЗДУШНОЙ ПРОМЫВКОЙ

7.26. Расчет распределительных труб и коллектора следует производить исходя из суммарной площади отверстий (для труб) или суммарной площади ответвлений (для коллектора), т.е. величины f, м2, определяемой по формулам:

 при z < 1;                                                (17)

 при z > 1,                                                  (18)

где а - характеристика трубопровода, определяемая по черт. 24 в зависимости от допустимой степени неравномерности распределения воздуха по площади сооружения, имея в виду, что общая неравномерность Dобщ представляет собой сумму неравномерностей распределения в ответвлениях Do и в коллекторе Dкол, причем Dобщ = Dо + Dкол £ 0,02;

F - площадь поперечного сечения рассматриваемого трубопровода (ответвления или коллектора);

m - коэффициент расхода; для ответвлений определяется в зависимости от диаметра зерен загрузки фильтровального сооружения по черт. 25; при применении гравийной загрузки следует принимать равным 0,54;

z - коэффициент сопротивления трубопровода, зависящий от его длины l и диаметра d.

Черт. 24. Номограмма зависимости между неравномерностью распределения воздуха D и характеристикой трубопровода а

Черт. 25. Номограмма зависимости между коэффициентом mо (или коэффициентом yо) и крупностью песчаной загрузки dз

Коэффициент сопротивления z следует определять по формуле

,                                                            (19)

а величину mкол - по формуле

,                                                      (20)

где yобщ - общий коэффициент сопротивления:

.                                                 (21)

Пример расчета. Фильтр имеет отделения длиной 6 м и шириной 5 м. Интенсивность подачи воздуха 20 л/ (с × м2). Распределительная система находится в гравийном слое. Расстояния между трубами в осях - 300 мм.

На основе предварительного расчета принимаем диаметр ответвлений равным 50 мм, площадь сечения трубы Fо = 0,0019 м2, расход воздуха на одну трубу  = 0,03 м3/с, скорость на входе в трубу  = 15,8 м/с, что приемлемо.

Принимаем Dо = Dкол = 0,01.

По черт. 24 и 25 ао = акол = 0,14; mо = 0,54.

По формуле (19)

 < 1,0.

Тогда по формуле (17)

 м2,

отсюда скорость истечения воздуха из отверстий будет  = 45,7 м/с, что соответствует требованиям.

Принимаем 52 отверстия диаметром 4 мм с шагом 96 мм.

По предварительному расчету задаемся диаметром коллектора 300 мм, площадь сечения трубы - 0,0707 м2, расход воздуха в начале коллектора  = 0,6 м3/с, скорость движения воздуха  = 8,5 м/с.

По формуле (19)

.

По формуле (21)

.

По формуле (20) определим

.

Из формулы (18) находим

.

Число ответвлений - 20 и S fо = 20 × 0,0019 = 0,038 м2, тогда

 м2.

Этой площади соответствует диаметр трубы, равный 0,238 м.

Таким образом, в соответствии с уточненным расчетом в качестве коллектора могут быть приняты трубы диаметром 250 мм. Скорость движения воздуха в начале коллектора - 12,2 м/с, что несколько превышает желательную величину, но может быть допущено.

8. ДРЕНАЖИ СКОРЫХ ФИЛЬТРОВ ИЗ ПОРИСТОГО ПОЛИМЕРБЕТОНА

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

8.1. Дренажные системы из пористого полимербетона служат для сбора фильтрованной воды и равномерного распределения промывной воды по площади фильтра. Пористый полимербетон выполняют из заполнителя (щебня или гравия), скрепленного эпоксидным связующим.

8.2. Дренажи из пористого полимербетона предназначены для использования в фильтрах при осветлении и обесцвечивании воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Примечание. Пористые полимербетонные дренажи могут быть применены в фильтрах технического водоснабжения, а также при обработке подземных вод. В случаях, когда требования к качеству очищенной воды по мутности, содержанию железа и другим показателям ниже требований ГОСТ 2874-82, необходимо производить опытную проверку использования полимербетона в таких условиях.

8.3. Полимербетонные дренажи могут быть использованы как при строительстве новых, так и при реконструкции действующих фильтров.

8.4. Полимербетонные дренажи могут применяться при водяной и водовоздушной промывках.

8.5. Полимербетонные дренажи имеют следующие преимущества перед наиболее распространенными трубчатыми дренажами с поддерживающими слоями гравия: отпадает необходимость применения гравийных слоев; уменьшается трудоемкость строительно-монтажных работ; сокращается металлоемкость; повышается надежность работы фильтров; загрузка фильтров может быть полностью механизирована.

КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ДРЕНАЖЕЙ

8.6. Рекомендуется применять следующие типы дренажных систем: из сборных полимербетонных плит, из железобетонных дырчатых плит, отверстия которых заполнены пористым полимербетоном1, и из монолитного полимербетона.

1 Следует применять в экспериментальном порядке.

8.7. Дренаж из полимербетонных плит (черт. 26) состоит из опорных стенок, смонтированных перпендикулярно сборному каналу фильтра, на которые уложены полимербетонные плиты. Фильтрующая загрузка находится непосредственно на плитах. На входах в дренажные каналы установлены патрубки большого сопротивления с диафрагмами и отражателями. Для повышения надежности стыковых соединений торцы плит выполнены со скосами в верхней части под углом 45 - 60°; треугольные пазы между плитами заполняются полимербетонной смесью того же состава, что и полимербетонные плиты (черт. 26, узел А).

8.8. Дренаж с железобетонными дырчатыми плитами (черт. 27) состоит из опор (горизонтальных балок или вертикальных столбиков), дырчатых плит, поверх которых засыпана фильтрующая загрузка. В стенке сборного канала установлены патрубки с отражателями.

Дренажная железобетонная плита (черт. 28) имеет отверстия, заполненные пористым полимербетоном. Сверху она покрыта слоем пористого полимербетона. Плиты монтируются на опорах. Отверстия в плитах для предотвращения отрыва полимербетона от железобетона следует выполнять сужающимися кверху. Боковые торцы плит должны быть скошены для упрощения заделки стыков после монтажа плит.

Черт. 26. Дренаж из полимербетонных плит

1 - опорные стенки; 2 - сборный канал; 3 - полимербетонные плиты; 4 - фильтрующая загрузка; 5 - патрубки; 6 - отражатели; 7 - стыки плит (а - 20 - 30 мм)

8.9. Дренаж из монолитного полимербетона (черт. 29) представляет собой сплошную полимербетонную плиту, изготовляемую непосредственно в фильтре. Дренаж состоит из следующих основных частей: опорной системы, включающей вертикальные стенки и уложенные на них горизонтально железобетонные колосники; пористого слоя из полимербетона; деталей крепления, включающих анкерную арматуру и удерживающие пластины.

8.10. При водовоздушной промывке на дне фильтра крепят дырчатые воздухораспределительные трубы. Общий трубопровод подачи воздуха следует располагать выше воздухораспределительных труб.

Черт. 27. Дренаж из дырчатых плит с пористым полимербетоном

1 - опорные стенки; 2 - дырчатые плиты; 3 - фильтрующая загрузка; 4 - сборный канал; 5 - патрубки; 6 - отражатели

8.11. При использовании дренажа из отдельных плит, размеры которых в плане принимают конструктивно, исходя из условия размещения в ячейке фильтра:

для полимербетонных плит - рекомендуемая ширина (перпендикулярно опорам) 250 - 350 мм, длина 500 - 600 мм;

для дырчатых плит - ширина и длина равны 400 - 900 мм. При этом ширина плит должна быть на 5 - 10 мм менее расстояния между осями опор.

Толщина полимербетонной плиты должна быть не менее 40 мм. Плиту следует проверять расчетом на прочность (см. п. 8.17). Толщину слоя полимербетона над плитой надлежит принимать 15 - 25 мм.

Шаг отверстий в дырчатых плитах должен быть не более 150 мм, диаметры отверстий - не менее 25 мм. При этом разницу в диаметрах отверстия в верхнем и нижнем сечениях плиты следует принимать не менее 2 - 3 мм. Размеры отверстий уточняются гидравлическим расчетом (см. пп. 8.16 и 8.41).

Черт. 28. Дренажная плита

1 - железобетонная плита; 2 - отверстия, заполненные полимербетоном; 3 - слой полимербетона; 4 - опора плиты

8.12. При использовании дренажа из монолитного полимербетона высота опорных стенок должна составлять 250 - 300 мм, толщина - 80 - 120 мм, шаг (в осях) - 600 мм, длина патрубков - 70 - 150 мм, длина выступающей в дренажный канал части патрубков - до 300 мм, толщина слоя полимербетона - 40 - 50 мм.

Черт. 29. Дренаж из монолитного полимербетона

1 - опорные стенки; 2 - полимербетонная плита; 3 - железобетонные колосники; 4 - анкерная арматура; 5 - стальные удерживающие пластины; 6 - дренажный канал; 7 - патрубки; 8 - сборный канал; а - 3 - 6 мм

Длина колосников должна быть кратной расстоянию между осями опорных стенок, высота - 70 - 80 мм, ширина - 70 - 120 мм; арматура колосников - двойная, диаметром 4 - 6 мм и мощностью не менее 0,5 %.

Ширина зазоров между колосниками - 3 - 6 мм.

Шаг анкерной арматуры - 250 - 300 мм, диаметр ее - 6 - 8 мм. Длина стальных удерживающих пластин - соответственно шагу анкерной арматуры; ширина пластин - 70 - 100 мм, их толщина - 4 - 6 мм.

Толщина основания дренажа - 50 мм, арматура основания дренажа должна выполняться в виде сетки размером 200 ´ 200 мм из прутков диаметром 6 - 8 мм.

При применении монолитного дренажа необходимо производить расчет опорных колосников на изгиб по общепринятой методике расчета железобетонных балок, анкерной арматуры - на растяжение по максимальной нагрузке снизу при промывке (см. п. 8.17).

8.13. Расстояние от дна фильтра до низа плит принимают конструктивно, исходя из размещения патрубков в стенке сборного канала. При этом скорости, м/с, при промывке в начале поддона должны быть не более:

0,4 - при применении полимербетонных плит;

0,5 -   «             «           дырчатых                 «     .

8.14. Число и диаметр патрубков в стенках сборного канала назначают конструктивно. При этом должны быть выдержаны следующие диапазоны скоростей воды при промывке: в начале сборного канала - vк до 1,2 м/с, в патрубках - vп = 1,8 - 2,0 м/с.

8.15. Равномерное распределение промывной воды по площади (90 - 95 %) обеспечивается в фильтрах с полимербетонными плитами потерями напора в патрубках hп, которые должны быть не менее 2 - 3 м, с дырчатыми плитами - потерями напора в плитах hпл, м, вычисляемыми по формуле

,                                                    (22)

где z - коэффициент сопротивления патрубка (в варианте дренажа с дырчатыми плитами z = 1,5 - 2,0);

g - ускорение свободного падения, м/с2.

При этом потери напора в дырчатых плитах должны составлять не менее 40 - 50 % потерь напора в полностью расширенной загрузке hз, м, которые определяют по формуле

hз = (rз - 1) (1 - m0) H0,                                                    (23)

где rз - относительная плотность частиц фильтрующей загрузки;

m0 - пористость