Выполнение самостоятельного задания

ФИЛЬТРАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД.

РАСЧЕТ ЗЕРНИСТЫХ ФИЛЬТРОВ

Цель работы: Приобретение знаний и навыков по расчету зернистых фильтров.

Вводная часть

Фильтрованием называют гидромеханический процесс разделения жидких неоднородных систем с помощью пористых перегородок, задерживающих твердую фазу и пропускающих жидкость. Скорость фильтрации прямо пропорциональна разности давлений (движущей силе) на входе и выходе аппарата и обратно пропорциональна сопротивлению фильтра.

По способу организации фильтры делятся на периодические и непрерывные. При этом, процессы фильтрования могут протекать при постоянных разности давлений (ΔР) и скорости фильтрации (u) или при переменных ΔР и u. По механизму фильтрования различают процесс с закупориванием пор или с образованием осадка. По способу выгрузки осадка различают процессы с механизированной и ручной выгрузкой.

Зернистые фильтры относятся к периодическим фильтрам. В качестве фильтрующих веществ используют различные зернистые элементы – кварцевый песок, гранитный щебень, дробленные антрацит и керамзит, шлак и др.

Конструктивная схема фильтра с восходящим потоком воды представлена на рисунке 1, высота слоев зависит от материала загрузки и размера зерен.

Подобные фильтры с насыпной загрузкой используются для окончательной очистки сточных вод. Исходная концентрация взвешенных частиц в сточных водах, поступающих в фильтры, должна быть: с = 10‒40 мг/л, а получаемая после фильтрации с ≤ 3 мг/л.

При расчете фильтров необходимо определить суммарную площадь фильтров (F_∑, м²), число фильтров (N), площадь одного фильтра (F, м²), расчетную скорость фильтрации (u _р, м/ч), при следующих исходных данных: расход сточных вод (Q _р, м³/сут.), продолжительность простоя одного фильтра при промывке (t, ч), концентрация взвешенных частиц на входе в фильтр (C, мг/л).

Рис. 1. Схема фильтра с восходящим потоком воды и водо-воздушной промывкой фильтра:

1 – загрузка; 2 – пескоулавливающий желоб; 3 – карман;

4 – отвод фильтрованной воды; 5 – отвод промывной воды;

6 – подача воздуха на промывку; 7 – подача очищаемой воды;

8 – подача воздуха; 9 и 10 – распределительные системы соответственно для подачи воды и воздуха;

11 – струенаправляющий выступ; 12 – поддерживающий гравийный слой

Методика расчета

Пример расчета. Исходные данные: Q _р, с, N (таблица 1). Назначить число промывок фильтров в сутки n: n = 2 при с >20 мг/л; n = 1 при с ≤ 20 мг/л.

Таблица 1. Исходные данные для расчета в качестве примера.

1. Рассчитывается циркуляционный (промывочный) расход (Q _ц, м³/сут.) в зависимости от числа промывок фильтров в сутки.

Q _ц = 0,05 Q _р, при n=2

Q _ц = 0,03 Q _р, при n=1

2. Определяется расчетная скорость (u_р, м/ч) фильтрования:

где u_ф ‒ скорость фильтрования при форсированном режиме. Принимается u _ф = 12 м/ч;

m – число фильтров, находящихся в ремонте или на промывке. Принимается m = 2 при N < 20 и m = 3 при N ≥ 20.

3. Определяется суммарная площадь фильтров (F_∑, м²):

где t ‒ продолжительность простоя одного фильтра при промывке. Принимается t = 0,5 ч.

4. Определяется площадь одного фильтра (F, м²):

Из конструкционных соображений площадь одного фильтра должна быть не более 50 м². В данном случае N = 10:

5. Определяется диаметр (D, м) одного фильтра:

, м.

6. Рассчитывается высота фильтра (Н, м):

H = h₁+h₂+h₃,

где h₁, h₂, h₃ ‒ соответственно высота слоя гравия, песка и осветленной воды (табл. 1). Принимаем h₃ = h₁.

Выполнение самостоятельного задания

1. Получить исходные данные: Q _р, С, N (таблица 2) и выполнить расчет зернистого фильтра.

Таблица 2. Исходные данные для расчета зернистого фильтра.

Примечания:

‒ n = 2 при с >20 мг/л; n = 1 при с < 20 мг/л;

‒ m = 2 при N < 20; m = 3 при N ≥ 20;

‒ принимаем h₃ = h₁