Основные размеры напорных вертикальных кварцевых фильтров

 

 

Диаметр фильтра в мм	Высота слоя загрузки в мм	Размеры фильтра по высоте в мм			Размеры фильтра в плане в мм			Диаметры основ­ных трубопрово­дов в мм			Вес в т
		Н	H1	H2	L	L1	L2	d	d1	d2	без ар­мату­ры	нагру­зочный
1000	1000	2675	492	192	212	583	680	80	50	50	0,92	4
1500	1000	2962	643	193	860	602	955	125	80	50	1,48	8,5
2000	1000	3235	738	236	885	685	1170	150	80	80	2,22	15
2600	1000	3512	820	220	1400	808	1500	200	100	100	3,94	28
3000	1000	3745	850	290	1706	690	1730	250	125	100	5,12	37
3400	1000	3870	850	250	1700	982	1930	250	125	100	6,54	50

Рис. 52. (Вертикальный напорный кварцевый фильтр 1 — подача воды на осветление; 2 — спуск промыв­ной воды; 3 — выход осветленной воды; 4 — спуск первого фильтрата; 5 — подвод сжатого воздуха; 6—подвод промывной воды; 7—лаз круглый; 8— лаз эллиптический; 9—верхнее распределительное устройство; 10—фильтрующий слой (песок, антра­цит); 11—штуцер для гидравлической выгрузки и загрузки фильтра

Рис. 53. Дренажный фар­форовый колпачок ВТИ-5 1 — линия сварки; 2 — резьба; 3 —щели

 

178

Напорные фильтры применяют без гравийных подстилающих слоев, с трубчатым дренажем. Кроме дренажной системы для от­вода фильтрованной воды и распределения воды при промывке уст­раивается распределительная система, по которой подается сжа­тый воздух. Если конструкция дренажа обеспечивает равномерное распределение сжатого воздуха, отдельную воздушную распреде­лительную систему можно не предусматривать.

Дренаж представляет собой коллектор, проходящий по оси по­перечного сечения фильтра, с ответвлениями через 250—350 мм.

В табл. 47 приведены основные размеры и другие данные для напорных вертикальных фильтров (рис. 52), выпускаемых серийно.

В напорных фильтрах применяются специальные дренажные

 

Рис. 54. Горизонтальный напорный фильтр

а — продольный разрез; 6 — поперечный разрез; в—внешний вид; 1 — корпус с загрузкой кварцевым песком; 2—вантуз; 3—вакуум-клапан; 4 — сборный лоток; 5 — дырчатые дре­нажные трубы; 6 — воздухопровод; 7 —отвод фильтрованной воды; 8 — сточный канал; 9 —подача промывной воды; 10— подача исходной воды; 11 — днофильтра с дренажными колпачками; 12 — выпуск воздуха; 13 — подача воздуха; 14 — прочистки; 15 — сброс первого фильтрата; 16 — сброс промывной воды

179

колпачки, через щели которых проходит вода, но не пропускаются зерна песчаной загрузки.

На трубчатых ответвлениях привариваются ниппели диамет­ром 13 мм. Расстояния между ниппелями должны быть равны рас­стояниям между ответвлениями. На ниппели навинчиваются дре­нажные щелевые колпачки. На рис. 53 показан дренажный фарфо­ровый колпачок ВТИ-5, который является более .стойким на исти­рание крупным песком при промывке фильтра по сравнению с пластмассовыми колпачками ВТИ-К. На наружной поверхности колпачка ВТИ-5 делаются 24 щели шириной 0,3—0,5 мм, что позво­ляет применять дренаж без поддерживающих слоев.

Подача воды на напорный фильтр и отвод промывной воды осу­ществляются либо через воронку, обращенную широким концом кверху, либо по кольцевой дырчатой трубе.

На станциях большой производительности целесообразно устра­ивать горизонтальные напорные фильтры (рис. 54), так как при том же диаметре ввиду увеличения длины цилиндрического корпу­са они могут дать более значительную площадь фильтрования. При диаметре фильтра 3 м и длине 10 м площадь фильтрования дости­гает 30 м².

Б. Расчет напорного фильтра

Определение площади фильтра. Площадь напорного фильтра определяют по формуле

                   (113)

где Q_cyт — производительность фильтра (полезная) в м³/ сутки,

  Т   — продолжительность работы станции в течение суток в ч;

  υ_р.н  — расчетная скорость фильтрования в м/ч;

  n   — число промывок фильтров за сутки;

  ω₁и t₁  — интенсивность в л/сек∙м² и продолжительность в ч первоначального взрыхления фильтрующей загрузки;

  ω₂ и t₂  — интенсивность подачи воды в л/сек∙м² и продолжи­тельность в ч водовоздушной промывки;

  ω₃ и t₃  — интенсивность в л/сек∙м² и продолжительность от­мывки в ч;

  t₄   — продолжительность простоя фильтра из-за промыв­ки в ч.

При заданной полезной производительности установки с напор­ными фильтрами Q_сут=11400 м³/сутки, или Q_чac=475 м³/ч;

  

Количество напорных фильтров при площади одного фильтра f=7,1 м² (см. табл. 47) должно быть: N=F:f=49,98:7,1≈7,04.

180

 

Принимаем семь рабочих фильтров и один резервный (если ко­личество рабочих фильтров больше десяти, то должно быть два ре­зервных фильтра).

Расчет распределительной системы фильтра. Напорный верти­кальный фильтр имеет диаметр D=3 м. Площадь песчаной загруз­ки фильтра f=7,1 м² (в плане). Интенсивность промывки ω=8 л/сек∙м².

Общий расход воды на промывку на один фильтр q_пр=7,1∙8=56,8 л/сек=0,057 м³/сек.

Диаметр стального коллектора распределительной системы на­порного фильтра при скорости входа в него промывной воды υ_кол=1,07 м/сек будет d_кол=250 мм (рекомендуемая скорость 1—1,2 м/сек).

С каждой стороны коллектора (рис. 55) размещается по 6—7 ответвлений в виде горизонтальных стальных труб наружным диа­метром 60 мм, привариваемых к коллектору под прямым углом на взаимных расстояниях 3:12=0,25 м (между осями труб).

На штуцерах ответвлений ук­репляются фарфоровые щелевые дренажные колпачки ВТИ-5. Не­обходимая суммарная площади щелей в дренажных колпачках должна быть 0,8—1% рабочей площади фильтра, т.е.

 

Площадь щелей на каждом колпачке ВТИ-5 составляет f_щ=192мм²=0,000192м².

Рис. 55. Трубчатый дренаж вер­тикального напорного фильтра

Общее число колпачков на от­ветвлениях распределительной системы

 

Так как фильтр имеет в плане круглое сечение, то ответвления будут разной длины, а именно: 0,71; 0,98; 1,14; 1,27; 1,33 и 1,38 м.

Суммарная длина всех ответвлений распределительной систе­мы фильтра D=3 м составит L=4(0,71+0,98+1,14+1,27+1,33+1,38)=27,24 м.

Среднее расстояние между дренажными колпачками е=L:n=27,24:290≈0,95=95 мм.

На наиболее длинных ответвлениях (в центре фильтра) l=1,38 м устанавливается по 15 колпачков, а на наиболее коротких ответвлениях l=0,71 м — по 8 колпачков.

181

Количество колпачков на 1 м² фильтра составляет 290:7,1≈41 (рекомендуется не менее 35—40).

Количество промывной воды, приходящейся на один колпачок, q_колп=0,057:290≈0,0002 м³/сек.

Скорость прохода промывной воды через щели колпачка υ_щ=q_колп:f_щ=0,0002:0,000192≈1,05 м/сек.

Расход промывной воды, приходящейся на наиболее длинное ответвление с числом колпачков n=15:q_д.отв=nq_колп=15∙0,0002==0,003 м³/сек.

При допустимой скорости υ=1,8—2 м/сек диаметр ответвления будет 50 мм, что отвечает скорости υ_д.отв=1,41 м/сек.

Сопротивление в щелях дренажных колпачков распределитель­ной системы круглого в плане фильтра, состоящей из центрального коллектора и боковых распределительных труб неравной длины, определяется по формуле

                                                                           (114)

где υ_щ— скорость движения воды в щелях колпачка;

  μ   — коэффициент расхода, равный 0,5.

Так как υ_щ= 1,05 м/сек, то

 

На наиболее длинном боковом ответвлении размещено 15 щеле­вых колпачков, тогда ∑h=15∙0,225≈3,38 м.

Режим промывки напорных фильтров следующий: взрыхление загрузки (с интенсивностью 6—8 л/сек∙м²) 1 мин; водовоздушная промывка (3—4 л/сек∙м² воды и 20—25 л/сек∙м² воздуха) 5 мин, отмывка водой (6—8 л/сек∙м²) 2 мин.

Отвод промывной воды с напорного фильтра производится при помощи водосборной воронки; диаметр воронки должен быть d_в=(0,2—0,25)D (где D — диаметр фильтра). Принимаем d_в=600 мм.

§ 33. Сверхскоростные фильтры системы г. Н. Никифорова

Предложенные Г. Н. Никифоровым напорные сверхскоростные фильтры позволяют достигать скорости фильтрования от 25 до 50 м/ч (и даже до 75 м/ч).

Фильтр представляет собой вертикальный стальной резервуар, внутри которого размещен второй цилиндр меньшего диаметра (рис. 56). Кольцевое пространство, образуемое стенками обоих ци­линдров, разделено радиальными перегородками на восемь сектор­ных камер с песчано-гравийной загрузкой; семь камер находятся в работе, а одна поочередно подвергается автоматической промыв­

182

 

Рис. 56. Напорный сверхскоростной фильтр камерного типа системы Г. Н. Ни­кифорова

1- цилиндрический резервуар; 2 - цилиндрическая шахта; 3 - кольцевое дырчатое дно; 4-подача осветляемой воды; 5 - распределительная камера; 6 - трапецеидальные отвер­стия; 7 —отверстия для поступления воды из поддренажного пространства в шахту; 8 -подача воды потребителю; 9 - электродвигатель; 10 -патрубок; 11 - поддренажное прост­ранство; 12 - трубопровод, соединенный с патрубком; 13 - спуск воды в канализацию; 14 — люк

183

ке. Минимальная продолжи­тельность работы каждой камеры 72 мин, в том числе 10 мин занимают промывка и связанные с ней опера­ции.

Ввиду того что произ­водительность фильтра ли­митируется его размерами и при максимально допусти­мом диаметре фильтра 3 м не превышает 150 м³/ч, Г.Н. Никифоров предложил батарейную компоновку на­порных фильтров (рис. 57) с автоматической системой промывки, работающих по принципу сверхскоростного фильтрования. Все фильтры, входящие вблок (рис. 58), связаны единым гидравли­ческим режимом и оборудо­ваны автоматическим дис­тан­ци­он­ным управлением.

Рис. 57. Батарейная компоновка фильт­ров системы Г. Н. Никифорова

Продолжительность цик­ла при сверхскоростном фильт­ровании обычно неве­лика, и при большом содер­жании в воде взвешенных веществ (особенно при па­водке) и эффективной вели­чине песка d₁₀=0,5 мм она составляет от 1 до 2 ч. Уд­линить фильтроцикл можно, увеличив интервал между операциями по обслужива­нию двух смежных фильт­ров. Этот интервал при зна­чительной грязевой нагруз­ке на фильтры может падать до 1 мин, а при благоприятных усло­виях повышаться до 40 мин.

Все операции по промывке фильтра (с интервалом 1 мин между операциями по обслуживанию двух смежных фильтров) осуществ­ляются за 72 мин, считая выключение каждого фильтра из работы на 10 мин. Следовательно, полезная работа фильтра продолжается в течение 72—10=62 мин.

Пример. Рассчитать сверхскоростной фильтр батарейного типа. Батарея состоит из шести фильтров диаметром 3 м, раcполо­

184

женных в два ряда; общая полезная площадь F₆=0,785∙3²∙6=42,42 м².

Скорости фильтрования: начальная υ'_ф=50 м/ч, конечная υ''_ф=0—4 м/ч, средняя расчетная υ_ф=25 м/ч.

Продолжительность фильтроцикла t=72 мин.

Продолжительность полезной работы фильт­ра t_p=62 мин; интервал между промывками двух смежных фильтров t_и=1 мин; продолжитель­ность операций, связан­ных с промывкой фильт­ра, t_o=10 мин, а продол­жительность собственно промывки t_пр=6 мин.

Интенсивность про­мывки фильтров ω=6—8 л/сек∙м².

Рис. 58. Блок из шести фильтров конструк­ции Г. Н. Никифорова

Полная производи­тельность батареи Q_бв течение цикла фильтро­вания будет.

                       

а одного фильтра 1092:6=182 м³.

Расход промывной воды в течение одного цикла

              

Расход промывной воды в % от полной производительности ба­тареи

                               

Полезная производительность батареи за фильтроцикл

                        

а одного фильтра

 

Полезная производительность батареи, отнесенная к одному часу ее работы, составит

одного фильтра

При малом содержании взвеси в воде и отсутствии мелкой взве­си интервал между обслуживанием двух смежных фильтров может

185

быть увеличен, а следовательно, увеличится и продолжительность полезной работы фильтра.

Пример. Количественное и качественное содержание взвеси в Обрабатываемой воде позволяет принять величину интервала t_и=30 мин, что отвечает времени полезной работы фильтра t_p=3 ч 55 мин (табл. 48), или t_р=235 мин, при продолжительности фильтроцикла t=t_р+t_о=235+10=245 мин, или 4 ч 05 мин.

Таблица 48

Продолжительность полезной работы фильтра t_р и фильтроцикла t в зависимости от интервалов в обслуживании смежных фильтров t_и

Величина интервала между обслуживанием двух смеж­ных фильтров tи	Продолжительность полезной работы фильтра tр	Длина фильтроцикла с уче­том времени обслуживания одного фильтра t
1 мин	1 ч 01 мин	1ч 11 мин
10 »	1 » 55 »	2 » 05 »
20 »	2 » 55 »	3 » 05 »
30 »	3 » 55 »	4 » 05 »
40 »	4 » 55 »	5 » 05 »
50 »	5 » 55 »	6 » 05 »
1 ч 00 »	6 » 55 »	7 » 05 »
I » 20 »	8 » 55 »	9 » 05 »
1 » 40 »	10 » 55 »	11 » 05 »
2 » 00 »	12 » 55 »	13 » 05 »
3 » 00 »	18 » 55 »	19 » 05 »
3 » 50 »	23 » 50 »	24 » 00 »

Следовательно, полная производительность батареи за цикл будет

                                

Расход промывной воды на собственные нужды

                                        

Полезная производительность батареи

                            

Необходимый напор перед фильтром составит

                                                         (115)

где h_ф — наибольшая потеря напора в фильтре, равная 0,3—1 ати;

  h_о  — остаточный напор после фильтрования для нужд обрат­ной промывки фильтра (с учетом сопротивления дрена­жа), равный 1 ати;

  h_г  — геометрическая высота подъема воды после очистки в м;

  h_с  — сумма гидравлических сопротивлений в трубопроводах от фильтра до объекта потребления.

Практически Н принимают не менее 2,5 ати.

Глава VIII

Расчет установок для обеззараживания воды

§ 34. Основные данные о химизме и методах обеззараживания воды хлором

Свободный и связанный активный хлор. Обеззараживание воды, применяемое с целью уничтожения имеющихся в ней бактерий, до­стигается обычно хлорированием воды жидким (газообразным) хлором или раствором хлорной извести (в установках производи­тельностью не более 3000 м³/сутки). Обеззараживание воды может быть также достигнуто озонированием или действием на нее бак­терицидных лучей (представляющих часть ультрафиолетового спектра).

В настоящее время резко изменилось представление о химизме процесса хлорирования воды. По прежней трактовке, введение хло­ра в воду вызывает образование соляной и хлорноватистой кисло­ты по уравнению

                                   

Хлорноватистая кислота, будучи нестойким соединением, разла­гается с выделением атомарного кислорода, т. е.

                                          

Таким образом, обеззараживающий эффект хлорирования объ­ясняли окисляющим действием атомарного кислорода, разрушаю­щим вещество бактерий. Теперь установлено, что бактерицидный эффект в малой степени зависит от действия атомарного кислорода.

Полагают, что хлорноватистая кислота подвергается диссоциа­ции на ионы водорода Н⁺ и гипохлористые ионы OCl^– по урав­нению

                                       

При величине рН = 5—6 хлор присутствует в воде главным об­разом в виде хлорноватистой кислоты HOCl. С повышением вели­чины рН>6 концентрация гипохлорит-ионов постепенно возраста­ет, достигая 21% при рН = 7; 75% при рН=8 и 97% при рН = 9.

187

Хлорноватистая кислота — наиболее сильный окислитель, а гипо-хлорит-ион — наиболее слабый.

Наличие хлорноватистой кислоты НОС1 и гипохлорит-ионов рассматривается как присутствие в воде свободного активного хлора.

Если в хлорируемой воде содержится природный аммиак или азотсодержащие органические соединения (например, аминокисло­ты), то свободный активный хлор вступает с ними во взаимодейст­вие и образует хлорамины и другие хлорпроизводные. Хлор, при­сутствующий в воде в виде соединений с вышеназванными вещест­вами, рассматривается как связанный активный хлор. Окислитель­ная способность связанного активного хлора значительно ниже, чем у свободного активного хлора.

Большое влияние на активность свободного и связанного хлора в воде оказывают температура и величина рН. С повышением тем­пературы химические и бактерицидные реакции ускоряются; с по­вышением величины рН происходит их замедление.

Имеется предположение, что бактерицидные реакции хлора и его соединений носят физиологический характер. Хлор вступает во взаимодействие с протеинами и аминосоединениями, которые со­держатся в оболочке бактерии и ее внутриклеточном веществе. Результатом таких взаимодействий являются химические изменения внутриклеточного вещества, распад структуры клетки и прекраще­ние жизнедеятельности бактерии.

Дозы хлора и понятие об остаточном хлоре. Доза хлора для обеззараживания воды назначается с таким расчетом, чтобы обес­печить полное окисление содержащихся в воде органических ве­ществ. Кроме того, принятая доза хлора должна обеспечивать в ближайшей точке водопровода от насосной станции наличие так называемого остаточного хлора в количестве не менее 0,3 мг/л и не более 0,5 мг/л (ГОСТ 2874—54). Такое содержание остаточного хлора служит показателем достаточности принятой расчетной дозы для обеззараживания воды.

С этой целью доза хлора назначается с некоторым избытком. Обычно хлор вводится дважды: в нефильтрованную воду из поверх­ностного источника в количестве до 3—5 мг/л и после фильтрования в количестве 1—2 мг/л. Эти данные могут служить лишь для ориен­тировочных расчетов. Действительно необходимые дозы хлора дол­жны определяться в каждом конкретном случае с учетом качества воды источника водоснабжения. Для вод мутных и имеющих высо­кую цветность дозу хлора приходится увеличивать.

Некоторые специалисты считают, что наличие остаточного хлора дает гарантию против повторного бактериального загрязнения во­ды после выхода ее с очистной станции в систему разводящих тру­бопроводов. Теперь это мнение не разделяют многие гигиенисты, так как остаточный хлор может в ряде случаев дать ложную оцен­ку в отношении надежности обеззараживания воды.

Это вызвано тем, что остаточный хлор может присутствовать в

188

виде свободного активного хлора или связанного активного хлора, или, наконец, оба вида могут существовать одновременно. В тех случаях, когда обеззараживаемая вода не содержит природного аммиака или азотсодержащих органических веществ, остаточный хлор является свободным.

Если в хлорируемой воде содержится аммиак или в нее специ­ально добавляется аммиак, то при небольшой дозе вводимого хло­ра остаточный хлор будет связанным активным хлором.

Следовательно, бактерицидное действие хлора и необходимая продолжительность контакта воды с хлором зависят от вида оста­точного хлора, который образуется при хлорировании. Весьма зна­чительное влияние оказывает также и величина рН.

Выяснилось, что для полной гибели бактерий после 10-минут­ного контакта при рН=6—7 нужно не менее 0,2 мг/л свободного активного остаточного хлора, а при рН=8—9 требуется не менее 0,4 мг/л. Между тем связанного активного остаточного хлора при тех же условиях требуется соответственно 1 и 1,8 мг/л, но уже при 60-минутном контакте. Иначе говоря, для гибели бактерий в тече­ние определенного времени контакта требуется связанного актив­ного остаточного хлора в 25 раз больше, чем свободного. При при­менении равных количеств связанного и свободного активного хло­ра требуется примерно в 100 раз больший период контакта для связанного активного остаточного хлора, чем для свободного. Эти данные (табл. 49) получены в результате экспериментальных ис­следований, выполненных Батерфельдом (США).

Таблица 49

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 802; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!