Распределительные системы фильтровальных аппаратов

К распределительным (дренажным) системам скорых филь - ров предъявляются следующие основные требования, равномерность распределения промывной воды по площади фильтра; равномерность сбора фильтрованной воды с площади фильтра; достаточная механическая прочность, выдерживающая массу воды и загрузки, а также давление воды при промывке фильтра; незасоряемость отверстий и щелей во время рабочего цикла и при промывке.

В настоящее время применяют следующие типы распределительных систем: из щелевых труб или щелевого ложного дна большого сопротивления, без гравийных поддерживающих слоев; трубчатый дренаж большого сопротивления, располагаемый непосредственно в загрузке фильтра; колпачковый.

СНиП 2.04.02-84 рекомендует применять распределительные системы большого сопротивления (трубчатые, колпачковые и в виде ложного дна), поскольку такие системы обеспечивают необходимую равномерность распределения промывной воды (см. рис.12.1).

Трубчатые распределительные системы - чугунные, асбес - тоцементные, пластмассовые или стальные трубы с отверстиями диаметром 10.12 мм, укладываемые параллельно на расстоянии 0,25.0,35 м друг от друга в нижних слоях гравия и присоединяемые к коллектору (трубе большего диаметра или каналу), расположенному в середине днища фильтра параллельно его длинной стороне (см. рис.12.1). От низа ответвлений до дна фильтра должно быть 8.12 см. Отверстия в трубах располагают вертикально или в шахматном порядке на расстоянии 15.20 см в нижней части под углом 45° к вертикали. Общая площадь отверстий должна составлять 0,25..0,5% площади фильтра.

В послевоенные годы разработано много новых конструкций распределительных устройств (сосунковые, пористые, сборные железобетонные и щелевые системы). Их большим достоинством является отказ от поддерживающих слоев гравия, благодаря чему уменьшаются высота и, следовательно, стоимость фильтра; кроме того, устраняется опасность неравномерного распределения воды из-за смещения поддерживающих слоев при промывке.

Щелевое распределительное устройство представляет собой систему труб со щелями или ложное щелевое дно. Ширина щелей должна быть на 0,1 мм меньше размера самой мелкой фракции загрузки. Для трубчатого щелевого дренажа следует применять трубы из нержавеющей стали, либо полиэтилена серии С или Т. Щели располагают равномерно поперек оси и по периметру трубы не менее чем в два ряда на расстоянии не менее 20 мм друг от друга. Общая площадь щелей - 1,5.2% площади фильтра.

Колпачковая распределительная система представляет собой систему колпачков (рис.12.16), монтируемых на дренажном (с отверстиями) дне или на распределительных трубах из расчета 35.50 колпачков на квадратный метр площади фильтра. Отечественная промышленность выпускает колпачки двух видов: щелевые пластмассовые (ВТИ-К) и фарфоровые (ВТИ) или пористые. Скорость движения воды или водовоздушной смеси в щелях колпачков принимают не менее 1,5 м/с. Общая площадь проходных отверстий всех колпачков должна составлять 0,8.1,0% рабочей площади фильтра.

Применение колпачковых дренажей в условиях водовоздушной промывки позволяет уменьшить расход промывной воды, снизить строительную стоимость сооружений за счет уменьшения диаметров трубопроводов и снижения объема резервуаров. Для хранения промывной воды. Эффект отмывки загрязнений из зернистой загрузки фильтра при водовоздушной промывке намного выше, чем при водяной, поэтому некоторое увеличение высоты фильтра с колпачковым дренажем и поддонным пространством по сравнению с фильтрами, не имеющими горизонтальной компенсации, полностью оправдывается большей эффективностью эксплуатации.

Распределительная система из пористых керамических или бетонных плит, устраиваемая в виде промежуточного днища, - также не требует поддерживающего слоя. Керамические плиты выпускают размерами 40*40*5 или 25*50*5 см. Плиты изготовляют из зерен корунда на керамической связке. После формовки плиты обжигают при температуре около 1900ºС, благодаря чему они не поддаются действию влаги и растворов кислот, которые могут быть применены для очистки плит. Размеры пор в плитах в два с лишним раза больше размеров пустот в фильтрующем слое при среднем диаметре зерен песка 0,75 мм. Поэтому загрязнения, прошедшие через фильтрующий слой, проходят и через пористый дренаж, практически не загрязняя его. Плиты изготовляют и из пористого бетона сборными и реже в монолите. Замену плит производят через 7.8 лет.

При применении дренажа фильтров из пористого бетона следует обращать внимание на защиту бетона от коррозии, возникающей в связи с обработкой воды коагулянтом, а также на подачу воды на фильтры с содержанием взвеси не более 15 мг/л, крупностью не более 0,1 мм, во избежание кольматирования дренажа.

фильтровальный аппарат промывка загрузка

Рис.12.16. Распределительная (дренажная) система с колпачками В-1.

а - колпачковый дренаж; б - колпачок В-1; 1 - длиннохвостый щелевой колпачок; 2 - воздухораспределитель; 3 - "ложное дно" в виде железобетонной плиты; 6,7 - воздух и вода; 4 - фильтрующая загрузка; 5 - "водяная подушка"; 8 - щели; 9 - щель для входа воздуха

Представляет интерес устройство безгравийных дренажей с использованием тонкослойных (0,6.0,8 мм) щелевых труб из нержавеющей стали. Изготовление щелевых дренажей из труб нержавеющей стали осуществляет Челябэнергоремонт Минэнерго РФ - электроискровым способом. К преимуществам подобных дренажей относятся: относительно небольшой расход металла; большая механическая прочность труб, позволяющая исключить устройство для них опор; стойкость труб против коррозии и абразивного воздействия; удобство монтажа и легкость прочистки щелей от взвеси и осадка путем обработки _труб щелочью или кислотой.

При расчете распределительных систем сопротивление фильтрующей загрузки обычно не учитывалось, что исключало возможность равномерного распределения промывной воды по площади фильтра. Поэтому при расчете распределительных систем большого сопротивления следует обязательно учитывать сопротивление загрузки при ее промывке.

Физическая сущность действия распределительных систем большого сопротивления заключается в том, что гидродинамическая неустойчивость взвешенного слоя загрязненной загрузки парализуется сопротивлением отверстий или щелей на пути движения воды. Для обеспечения равномерности распределения промывной воды по площади фильтра необходимо, чтобы суммарное сопротивление на пути потока промывной воды (сопротивление в распределительной системе + сопротивление в загрузке) возрастало с увеличением интенсивности промывки. Математически это условие выражается уравнением

 (12.68)

которое должно сохраняться при любых значениях интенсивности промывки - от нуля до заданного. В этом уравнении Н - мгновенная потеря напора в загрузке и в отверстиях распределительной системы; w - мгновенная интенсивность промывки. Уравнение (12.68) может быть представлено, в следующем виде:

 (12.69)

где (dH / dw ) ₁ - изменение потери напора в отверстиях или щелях распределительной системы; (dH / dw ) ₂= a ₁ - изменение потери напора в загрузке фильтра при массовом выносе загрязнений из нее; (dH / dw ) ₃= a ₂ - изменение потери напора в связи с гидродинамической неустойчивостью взвешенного слоя.

Как уже отмечалось выше, второе и третье слагаемые формулы (12.69) имеют отрицательное значение, поэтому эту формулу можно представить в виде

 (12.70)

Потеря напора в отверстиях или щелях распределительной системы (в м) равна:

 (12.71)

где w - интенсивность промывки фильтра, л/с-м²; р,] - коэффициент расхода; А - суммарная площадь отверстий или щелей, приходящихся на 1 м² фильтрующей поверхности, м². После дифференцирования уравнения (12.70) получим

 (12.72)

Подставляя полученное значение ( dH / dw ) _x в уравнение (12.71) и решая относительно А², имеем

 (12.73)

Значения производных а, определяются по экспериментальным кривым зависимости потери напора в загрузке от интенсивности, и значения производных а₂ для различных интенсивностей промывки подсчитывают по данным гранулометрического состава загрузки.

Расчеты, проведенные Е.А. Барановым, показали, что получаемые по формуле (12.73) значения необходимой площади отверстий или щелей распределительной системы Э (для достижения равномерности распределения промывной воды) весьма близки к тем, которые установлены в процессе многолетней эксплуатации скорых фильтров и принимаются равными 0,2..0,25% от площади фильтрующей поверхности. Эта норма принята и СНиПом при расчете площади отверстий и щелей распределительных устройств (для дренажной системы, фильтров АКХ эта норма составляет 1,5.2%). Размеры отверстий принимают 10.12 мм, а ширину щелей - по размеру наименьших фракций фильтрующей загрузки (обычно 0,4.0,5 мм). При определении числа дренажных колпачков следует иметь в виду, что площади щелей на серийно выпускаемых колпачках составляет: на колпачке ВТИ-2 - 240 мм² и на колпачке ВТИ-5 - 192 мм².

Диаметры трубопроводов распределительной системы подбирают по максимальной скорости движения воды в них 1,5..2 м/с, а диаметр дренажных труб, располагаемых в фильтрующей загрузке фильтров АКХ, ДДФ - по скорости движения воды не более 1 м/с.

Потеря напора в распределительной системе (в м) определяется по формуле (12.53).

Литература

1. Алексеев Л.С., Гладков В.А. Улучшение качества мягких вод. М., Стройиздат, 1994 г.

2. Алферова Л.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. М., 1984.

3. Аюкаев Р.И., Мельцер В.З. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды. Л., 1985.

4. Вейцер Ю.М., Мииц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды. М., 1984.

5. Егоров А.И. Гидравлика напорных трубчатых систем в водопроводных очистных сооружениях. М., 1984.

6. Журба М.Г. Очистки воды на зернистых фильтрах. Львов, 1980.