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.
П р и м е ч а н и е. 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). Большие 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 = Wпp 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.
П р и м е ч а н и е. 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 |
П р и м е ч а н и я: 1. Более крупным загрузкам соответствуют большие 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 90о); 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. бульшим 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.