8206

4

ВВЕДЕНИЕ

Одним из методов выделения из воды взвешенных и коллоидных примесей является фильтрование её через пористые материалы. В системах централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных мест фильтровальные аппараты применяются, как правило, на заключительном этапе водоподготовки. Поскольку применяемые фильтры должны обеспечить одинаковое качество фильтрованной воды, то для выбора типа фильтра требуется не только хорошо знать устройство фильтров, их преимущества и недостатки, но и возможные варианты их исполнения. По каждому варианту проводится конструктивный расчет фильтров и их техникоэкономическое сравнение. К проектированию принимаются экономически эффективные фильтры, имеющие лучшие технологические параметры.

1. ВЫБОР ТИПА СКОРОГО БЕЗНАПОРНОГО ФИЛЬТРА И РЕЖИМА ПРОМЫВКИ

Скорые безнапорные Фильтры применяются в двухступенчатых и в одноступенчатых схемах очистки природных вод с целью получения воды, отвечающей требованиям СанПиН 2.1.4. 1074-01. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

Наибольшее применение на станциях подготовки воды питьевого качества нашли применение скорые безнапорные однопоточных фильтры с однослойной и двухслойной фильтрующей загрузкой.

При выполнении курсового и дипломного проектов, допускается принимать тип фильтра [1].

Фильтры с однослойной и двухслойной фильтрующей загрузкой из кварцевого песка, дробленного керамзита и антрацита промываются очищенной водой, прошедшей фильтры. Для однослойных фильтров с загрузкой из кварцевого песка можно применять водовоздушную промывку. При применении загрузок из дробленного керамзита и антрацита водовоздушная промывка не допускается. Параметры промывки загрузок водой принимаются [1]. Режим водовоздушной промывки принимается по табл. 1.

Режим водовоздушной промывки фильтров

5

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДИ ФИЛЬТРОВ

Площадь фильтров рассчитывается для нормального режима работы и проверяется при форсированном режиме работы (при выключении отдельных фильтров на промывку и ремонт).

Общая площадь фильтров (м2) на станции определяется по формуле [1]:

где Q- полезная производительность станции в м3/сут;

Т- продолжительность работы станции в течение суток (принимается обычно 24 ч);

vH - расчётная скорость фильтрования при нормальном режиме в м/ч, принимаемая по табл. 15 [1];

ппр - число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режимеэксплуатации, определяемое по выражению:

tф- расчетная продолжительность фильтрующего цикла при нормальном режиме работы фильтра, принимаемая по табл. 16 [1] равной 8... 12 ч, а при форсированном режиме — 6 ч;

Тпр- время простоя фильтра в связи с промывкой, принимаемое по [1] для фильтров, промываемых только водой — 0,33 ч, а промываемых водой и воздухом —0,5 ч;

qnp - удельный расход воды (м3/ м2) на одну промывку одного фильтра, рассчитываемый по выражениям:

- для фильтров, промываемых только водой:

- для фильтров с водовоздушной промывкой:

W, t— соответственно интенсивность в л/(с х м2 ) и продолжительность промывки фильтра (при промывке водой принимается по табл. 16 [1]; для фильтров с водовоздушной промывкой принимаются по табл. 1 для 2-го и 3- го этапов промывки), мин.

По общей площади фильтров (в первом приближении) рассчитывается их количество по выражению

N=0,5√F. (5)

Полученное значение N округляется до целого в большую сторону.

6

При окончательном назначении количества фильтров необходимо определить скорость фильтрования при форсированном режиме их работы по выражению

где N1— число фильтров, одновременно находящихся в ремонте или на промывке, принимается так: N1=1 при N<20 ; N1=2 при N>20;

vф - допустимая скорость фильтрования при форсированном режиме, принимаемая по табл. 21 [1].

Если vфор>vф, то количество фильтров увеличивается так, чтобы выполнялось условие vф> vфор.. Только после этого определяется площадь одного фильтра по выражению

3.УСТРОЙСТВО И КОНСТРУИРОВАНИЕ ФИЛЬТРОВ

Фильтры состоят из следующих элементов: корпуса, дренажной системы, загрузки из фильтрующего материала (поддерживающих слоев, если необходимо), системы для сбора и отвода промывной воды, технологических трубопроводов и арматуры.

В процессе конструирования требуется начертить план и разрез (рис. 1) принятого в проекте фильтра, на которых должно быть видно взаимное расположение всех элементов.

Корпус фильтра представляет собой железобетонный резервуар прямоугольной формы в плане (реже круглой). При определении размеров фильтров в плане (BxL) по найденной площади f (см. п. 2), рекомендуется ориентироваться на основные типоразмеры, которые разработаны ведущими про-

ектными организациями России: (BxL) 3,5x5,0; 5,0x5,5; 6,0x6,0; 6,0x7,5;

6,0x9,0; 6,0x12,0 м. Размеры фильтров приведены по осям стен.

В фильтрах площадью до 40 м2 предусматривается боковой прямоугольный в плане канал (карман), размещаемый с наружной стороны вдоль длинной (L) стенки (рис. 1,2). Он предназначен для подачи воды на фильтрование и отвода грязной промывной воды. Фильтры площадью более 40 м имеют центральный (прямоугольный в плане) канал (рис. 2), размещаемый перпендикулярно длинной стороне фильтра (L). Центральный канал делит каждый фильтр на две равные части. Центральный канал по высоте делится горизонтальной перегородкой на две части. Верхняя часть используется для подачи воды на фильтрование и отвода грязной промывной воды. Нижняя часть

— для отвода фильтрованной воды и подачи воды на промывку фильтрующей загрузки. Площади каналов не входят в площадь фильтров.

7

Рис. 1. Принципиальная схема скорого безнапорного однослойного фильтра с боковым каналом.

1- корпус фильтра; 2- боковой канал (карман); 3- сборные желоба; 4- фильтрующая загрузка; 5- поддерживающий слой; 6- центральный коллектор; 7- распределительная трубчатая система; 8- коллектор подачи воды на фильтрацию; 9- коллектор подачи воды на промывку фильтрующей загрузки; 10коллектор отвода фильтрованной воды в РЧВ; 11коллектор отвод загрязненной промывной воды.

-Движение воды при фильтровании

-Движение воды при промывке фильтрующей загрузки

ДРЕНАЖНАЯ СИСТЕМА обеспечивает равномерное распределение промывной воды и воздуха по всей площади фильтра и равномерный сбор фильтрованной воды. В скорых фильтрах равномерность распределения промывной воды достигается дренажными системами большого сопротивления, которые имеют различные конструкции (см. п. 6).

ФИЛЬТРУЮЩАЯ ЗАГРУЗКА предназначена для задержания взвешенных и коллоидных частиц из воды. В качестве фильтрующей загрузки наибольшее применение получили: кварцевый песок, дробленый керамзит или антрацит.

Фильтрующий материал укладывают на поддерживающие слои в том случае, если применяется трубчатая распределительная система с круглой перфорацией. Фильтрующий материал укладывают на дренажную систему если распределительная система выполнена с щелевой перфорацией, с колпачками или из пористого полимербетона.

8

ПОДДЕРЖИВАЮЩИЕ СЛОИ выполняются из гравия или щебня, чтобы предотвратить вынос зерен загрузки в трубчатый дренаж с круглой перфорацией. Поддерживающие слои имеют различную крупность фракций и высоту. Слои укладываются на дно фильтра так, что крупность фракций гравия или щебня каждого слоя уменьшается от дна к верху.

СИСТЕМА ДЛЯ СБОРА И ОТВОДА загрязненной промывной воды принимается в зависимости от способа промывки. При промывке водой применяются железобетонные или стальные желоба полукруглого или пятиугольного сечения, располагаемые над фильтрующей загрузкой на определенной высоте (рис. 1). Желоба соединены с верхней частью центрального канала или с боковым каналом фильтра. При водовоздушной промывке применяется система низкого горизонтального отвода промывной воды с пескоулавливающим желобом.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРУБОПРОВОДЫ И АРМАТУРА предназначены для обеспечения нормальной эксплуатации фильтра. Каждый фильтр оборудуется трубопроводами, назначение и место примыкания которых к фильтру указано в табл. 2. На всех трубопроводах устанавливаются задвижки или поворотные затворы в местах, удобных для монтажа и обслуживания, исключая их расположение друг над другом (рис. 1).

Технологические трубопроводы фильтров

4. КОМПОНОВКА ФИЛЬТРОВ НА ВОДОПРОВОДНОЙ СТАНЦИИ

Компоновка фильтров может быть однорядной или двухрядной в зависимости от их количества (рис. 2),

При однорядной компоновке фильтры располагают вблизи торцевой стены отстойников или осветлителей со слоем взвешенного осадка, так что между ними образуется достаточных размеров галерея. При двухрядной компоновке галерея образуется между рядами фильтров (рис. 2,г,д). В гале-

9

рее размещаются общие технологические трубопроводы различного назначе-

ния, показанные на рис. 1.

Фильтры площадью до 40 м2 располагают в ряд так, чтобы наружные стенки боковых карманов или их торцы, были обращены внутрь галереи. Фильтры площадью более 40 м2 располагают так, что торцы центральных каналов обращены внутрь галереи.

При любой компоновке фильтров все технологические трубопроводы от каждого фильтра выводятся в галерею. И только в фильтрах с центральным каналом иногда технологический трубопровод, отводящий загрязненную промывную воду с фильтра, выводится не в галерею, а с противоположной стороны.

С целью обеспечения компактности и удобства монтажа и эксплуатации

общие технологические трубопроводы размещают по высоте и от фильтров на достаточных расстояниях. Технологический трубопровод, подающий воду на фильтрацию, располагается выше всех остальных на уровне примыкания подводящего трубопровода к фильтру. Несколько ниже прокладывается технологический трубопровод, отводящий фильтрованную воду в резервуар чистой воды. Трубопровод подачи воды на промывку располагают ниже уровня желобов фильтров. В самом низу (ниже дна фильтров) прокладывается сточный трубопровод или предусматривается канал для отвода загрязненной промывной воды и воды при полном опорожнении фильтра.

Магистральный воздуховод (при водовоздушной промывке фильтров) прокладывается вдоль галереи на 2.. .3 м выше максимального уровня воды в фильтрах. От магистрального воздуховода опускаются стояки к каждому фильтру. Стояки присоединяются к распределительному коллектору. Над галереей устраивается перекрытие, в котором предусматриваются проемы с ограждением над запорной арматурой для возможности ее ремонта.

5. ПОДБОР СОСТАВА ЗАГРУЗКИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ ФИЛЬТРА

СОСТАВ ЗАГРУЗКИ фильтрующего материала в скорых фильтрах принимается по табл. 21 [1]. Фильтрующий материал характеризуется следующими параметрами, которые необходимо выписать из этой таблицы:

•материал загрузки;

•минимальный диаметр зерен, мм;

•максимальный диаметр зерен, мм

•эквивалентный диаметр зерен, мм;

•коэффициент неоднородности фильтрующей загрузки;

•высоту фильтрующего слоя, м.

10

Рис. 2. Компоновка скорых безнапорных фильтров

а) и б) - однорядная компоновка с боковым каналом (карманом); в) - однорядная компоновка с центральным каналом.

г) и д) - двухрядная компоновка, соответственно, с боковым каналом (карманом) и с центральным каналом.

1-боковой канал (карман); 2-фильтр; 3-сборные желоба; 4-центральный канал; 5- галерея для размещения общих технологических трубопроводов.