Для удаления из сточных вод песка и других минеральных нерастворенных загрязнений крупностью свыше 0,200 мм при потоке свыше 100 м3/сут применяют песколовки. Наиболее распространены песколовки с горизонтальным прямолинейным движением воды, горизонтальные с круговым движением воды, тангенциальные круговые с подводом воды по касательной и аэрируемые (рис. 2.4; 2.5; 2.6; 2.7).
Области их применения: горизонтальные и аэрируемые песколовки используют при потоках до 10 000 м3/сут, горизонтальные с круговым движением воды применяют при потоках до 70 000 м3/сут, тангенциальные – при потоках до 50 000 м3/сут.
Основные показатели горизонтальных аэрируемых песколовок приведены в табл. 2.3, горизонтальных с круговым движением воды – в табл. 2.4.
Таблица 2.3
Основные показатели аэрируемых песколовок
Пропуск-ная способность, тыс. м3/сут | Число отде-лений | Размеры, м | Отно-шение В / h | Расход воздуха на аэрацию, м3/ч, при интенсивности 3 м3/(м2·ч) | ||
ширина В | глубина h | длина L | ||||
4,5 4,5 4,5 | 2,1 2,1 2,8 2,8 2,8 | 1,34 1,34 1,5 1,5 1,5 |
Таблица 2.4
|
|
Пропускная способность песколовок с круговым движением воды при размерах, мм
Диаметр | Расстояние между центрами песколовок | Ширина | Пропускная способность | |||
кольцевого желоба | подводящего и отводящего лотков | лотков песколовки для впуска и выпуска воды | м3/сут | л/с | ||
6000; | 500; | 1400-2700 2700-4200 4200-7000 7000-10000 | 31-56 56-83 83-133 133-183 | |||
10000; | 10000-17000 17000-25000 25000-40000 40000-64000 | 183-278 278-394 394-590 590-920 |
При расчете горизонтальных песколовок (рис. 2.4) вначале определяют площадь живого сечения одного отделения
ω = q mах /(υn), (2.13)
где q mах – максимальный расход сточных вод на одно отделение, м3/с; υ – средняя скорость движения воды, м/с; n – число отделений.
Рис. 2.4. Горизонтальная песколовка:
а – продольный разрез; б – поперечный разрез
Затем находят размеры отделения в поперечном сечении. Длину песколовки вычисляют по формуле
L = kh 1 υ / u о, (2.14)
где h 1 – глубина проточной части песколовки, м; k – коэффициент, учитывающий влияние турбулентности и других факторов на работу песколовок (табл. 2.5); u о – гидравлическая крупность песка расчетного диаметра, мм/с.
Таблица 2.5
Значения коэффициента k в формуле (2.14)
Размер частиц песка, мм | Гидравлическая крупность u о, мм/с | Значения k для песколовок | |||
горизон-тальных | аэрируемых при В / Н | ||||
1,25 | 1,5 | ||||
0,15 0,2 0,25 | 13,2 18,7 24,2 | - 1,7 1,3 | 2,62 2,43 - | 2,5 2,25 - | 2,39 2,08 - |
При иных расчетных параметрах коэффициент k можно вычислить по формуле:
, (2.15)
где ω – вертикальная турбулентная составляющая;
ω = 0,05 υ. (2.16)
Для горизонтальных песколовок следует принимать: υ = 0,3 м/с; расчетный диаметр частиц песка 0,2-0,25 мм; продолжительность движения сточных вод не менее 30 с. Изменение расхода по суткам и часам суток вызывает изменение скорости движения воды в песколовках, поэтому возникает необходимость в дополнительных устройствах, обеспечивающих поддержание в песколовках постоянной скорости движения воды, равной оптимальному значению: υ = 0,3 м/с. Глубина H = 0,5-2,0 м.
|
|
Горизонтальные песколовки с круговым движением воды следует рассчитывать по продолжительности движения воды в них, которую рекомендуется принимать равной 30-50 с. Ширина кругового лотка B ≥ 0,5 м.
Известно много методов поддержания в песколовках постоянной скорости. Наиболее простой из них заключается в устройстве на выходном канале неподтопленного водослива с широким порогом без донного выступа. Размеры водослива вычисляют по формулам
, (2.17)
, (2.18)
где P – перепад между дном песколовки и порогом водослива; b сж – ширина водослива; h mах и h min – глубина воды в песколовке соответственно при максимальном q mах и минимальном q min расходах и скорости движения воды 0,3 м/с; kq = q mах / q min; m – коэффициент расхода водослива, зависящий от условий бокового сжатия и равный 0,35-0,38.
Аэрируемые песколовки (рис. 2.5) рассчитывают также по формулам (2.13), (2.14) и данным табл. 2.5.
Рис. 2.5. Аэрируемая песколовка, оборудованная гидромеханической системой:
а – продольный разрез; б – поперечный разрез: 1 – рабочая зона; 2 – аэратор; 3 – песковый лоток; 4 – смывной трубопровод
Расчетную глубину песколовки h 1 принимают равной половине ее гидравлической глубины, т.е. 0,5 Н (рис. 2.6). При расчетных параметрах, не указанных в табл. 2.5, коэффициент k определяется по формуле
, (2.19)
где α = B/H.
При расчете аэрируемых песколовок следует принимать: υ = 0,08-0,12 м/с; расчетный диаметр частиц песка 0,15-0,2 мм; B/H = 1-1,5; интенсивность аэрации 3-5 м3/м2 в 1 ч; поперечный уклон дна (к песковому лотку) 0,3-0,4. Глубина H = 0,7-3,5 м; содержание песка в осадке 90-95 %; впуск воды – совпадающий с направлением движения воды, выпуск – затопленный.
Установка аэраторов из дырчатых труб производится на глубину 0,7 h 1 вдоль одной из продольных стен над лотком для сбора песка.
Расчет тангенциальных песколовок (рис. 2.7) ведется по формуле
F = q max /(nq о), (2.20)
где F – площадь отделения песколовки в плане; q max – максимальный расход сточных вод; n – число отделений; q о – нагрузка на песколовку по воде.
Кроме того, можно рассчитывать эти песколовки и по формуле
F = q mах /(nu о). (2.21)
где F – площадь отделения песколовки в плане; q max – максимальный расход сточных вод; n – число отделений; q о – нагрузка на песколовку по воде.
Из сравнения формул (2.20) и (2.21) следует, что нагрузка на песколовку q о по воде численно равна гидравлической крупности песка расчетного диаметра u о, м/ч.
При расчете тангенциальных песколовок следует принимать: глубину равной половине диаметра сооружения; расчетный диаметр песка 0,2-0,25 мм. С учетом этого нагрузка на сооружение, м3/(м2·ч):
при u о = 18,7 мм/с:
q о = 18,7·3600/1000 = 67;
при u о = 24,2 мм/с:
q о = 24,2·3600/1000 = 87.
На тангенциальные песколовки более совершенных конструкций допускается нагрузка q о = 110…130 м3/(м2 · ч); D ≤ 6,0 м, впуск по касательной по всей расчетной глубине; глубина равна 0,5D.
Рис. 2.7. Тангенциальная песколовка:
1 – осадочная часть; 2 – подвижный водослив; 3 – телескопическая труба; 4 – рабочая часть; 5 – шнек; 6 – отвод песка; 7 – подающий лоток; 8 – отводящий лоток
Удаление песка желательно гидроэлеватором без предварительного взмучивания. Удаление задержанного песка из песколовок при объеме его до 0,1 м3/сут производится вручную.
Для выгрузки осадка из горизонтальных и аэрируемых песколовок обычно применяют механические скребки цепного и тележечного типа. Конструктивно и проще в эксплуатации скребки на канатной тяге. Осадок сгребается в бункер, как правило, располагаемый в начале сооружения, и затем откачивается гидроэлеватором, насосом или эрлифтом. Скребки сложны по конструкции и ненадежны в эксплуатации, поэтому в последние годы для удаления осадка из песколовок начали принимать гидромеханическую систему, представляющую собой смывной трубопровод со спрысками, расположенный в песковом лотке (рис. 2.5). Восходящая скорость смывающей песок воды в лотке определяется по формуле
|
|
υ = 10 (0,7 е + 0,17)/μ0,54, (2.22)
где d экв = 100/ – эквивалентный диаметр зерен песка, см; для осадка из песколовок следует принимать d экв = 0,05 см. Здесь pi –массовая доля,%, фракций песка со средним диаметром d к; е = (h – h о)/ h о – относительное расширение песка при смыве. Здесь h о и h – высота слоя осадка в лотке до и после подачи промывной воды (расширения); μ – динамическая вязкость, г/(см·с).
Общий расход воды, подаваемой на смыв:
ql = υbl, (2.23)
где b – ширина пескового лотка; l – длина пескового лотка за вычетом 0,5 м длины для пескового приямка (по СниП 2.04.03-85). По СниП 2.04.03-85 υ = 0,0065 м/с.
Для обеспечения достаточной равномерности распределения воды по длине смывного трубопровода вода в смывной трубопровод должна подаваться под напором:
H о = 5,6 h о + 5,4 /(2 g), (2.24)
где υ тр – скорость движения воды в начале смывного трубопровода.
Диаметр выходного отверстия спрысков d спр рассчитывается по формуле
, (2.25)
где n – число спрысков на смывном трубопроводе; µр – коэффициент расхода спрысков, ориентировочно равный 0,82.
При расчете песколовок следует принимать: влажность песка 60 %; плотность песка 1,5 т/м3; содержание песка в осадке 60 %. В аэрируемых песколовках содержание песка в осадке составляет 90-95 %.